JPH07503070A - Fiber optic gyroscope modulation error reduction - Google Patents

Fiber optic gyroscope modulation error reduction

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JPH07503070A
JPH07503070A JP5512750A JP51275093A JPH07503070A JP H07503070 A JPH07503070 A JP H07503070A JP 5512750 A JP5512750 A JP 5512750A JP 51275093 A JP51275093 A JP 51275093A JP H07503070 A JPH07503070 A JP H07503070A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 光ファイバ・ジャイロスコープ変調誤差減少発明の背景 本発明は光フアイバ装置位相変調器に関するものであり、更に詳しく言えば、状 態が変化する中で内部を進行する電磁波のそのような位相変調を行うための装置 に関するものである。[Detailed description of the invention] Background of the invention of fiber optic gyroscope modulation error reduction TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical fiber device phase modulator, and more specifically, to a state A device for performing such phase modulation of an electromagnetic wave propagating inside as its state changes. It is related to.

光ファイバ・ジャイロスコープはそのジャイロスコープを支持している物体の回 転を検出するための魅力的な手段である。そのようなジャイロスコープは超小型 に製作でき、かなりな機械的衝撃、かなりな温度変化、およびその他の極端な環 境に耐えるように製作できる。動く部品が無いから、それらは保守をほとんど不 要にでき、コストの面で経済的になる潜在性を有する。それらは、別の種類の光 学的ジャイロスコープでは問題になる低回転速度にも敏感である。A fiber optic gyroscope uses a rotation of the object supporting the gyroscope. It is an attractive means to detect rotation. Such gyroscopes are extremely small Can be fabricated to withstand significant mechanical shock, significant temperature changes, and other extreme environments. It can be made to withstand environmental conditions. Since there are no moving parts, they require little maintenance. It has the potential to be economical in terms of cost. They are a different kind of light It is also sensitive to low rotational speeds, which is a problem with scientific gyroscopes.

光ファイバ・ジャイロスコープは、検出すべき回転の中心である軸線を中心とし てコアに巻かれるコイル状の光ファイバを有する。光ファイバの典型的な長さは 100〜2000メ一トル程度で、閉じた光路の一部である。その光路中に電M i波、または光波が導入され、コイル中を互いに逆向きに伝わって最終的に光検 出器に入射する一対の波に分割される。コア、またはコイル状光ファイバの検出 軸線を中心とする回転により、そのような波の1つに対して、ある回転の向きで は光路長が実効的に長くなり、逆の向きでは光路長が実効的に短くなる。別の向 きでは逆の結果が起きる。波の間のような光路長の差によって(1ずれの回転の 向きにおいてもそれらの波の間に位相推移が導入される、すなわち、周知のサニ ヤック効果である。回転による位相差推移の量、すなわち出力信号の置が、互い に逆向きに伝わる2つの電磁波がたどるコイルを通る光路全体の長さに依存し、 従って長い光ファイバでは大きな位相差を得ることができるが、コイル状に巻か れている結果として占有体積は比較的小さい。The fiber optic gyroscope is centered on the axis, which is the center of rotation to be detected. It has a coiled optical fiber that is wound around a core. The typical length of optical fiber is It is about 100 to 2000 meters and is part of a closed optical path. Electric M in the optical path I-waves, or light waves, are introduced and travel in opposite directions through the coil, ultimately resulting in optical detection. The wave is split into a pair of waves that enter the output device. Detection of core or coiled optical fibers For one such wave, by rotation about the axis, in a certain rotational direction In the opposite direction, the optical path length is effectively lengthened, and in the opposite direction, the optical path length is effectively shortened. another direction The opposite result occurs. Due to the difference in optical path length, such as between waves (one shift of rotation) A phase shift is also introduced between the waves in the orientation, i.e. the well-known Sani This is the Yak effect. The amount of phase difference transition due to rotation, that is, the position of the output signal is different from each other. depends on the total length of the optical path through the coil followed by two electromagnetic waves traveling in opposite directions. Therefore, a large phase difference can be obtained with a long optical fiber, but it is possible to obtain a large phase difference with a long optical fiber. As a result, the volume occupied is relatively small.

光検出器装置の光ダイオードからの出力電流は、コイル状光ファイバを互いに逆 向きに伝わった後で検出器に入射する電磁波に応答して、二乗余弦関数に従う。The output current from the photodiode of the photodetector device runs the coiled optical fibers in opposite directions to each other. It follows a raised cosine function in response to electromagnetic waves that are incident on the detector after propagating in a direction.

すなわち、出力電流はそれら2つの波の間の位相差の余弦に依存する。余弦関数 は偶関数であるから、そのような出力関数は位相推移の相対的な向きを示さない ために、コイル軸線を中心とする回転向きについて示さない。また、零位相付近 での余弦関数の変化率、従ってそのような出力関数は低い回転速度では感度が非 常に低い。That is, the output current depends on the cosine of the phase difference between the two waves. cosine function Since is an even function, such an output function does not indicate the relative direction of the phase shift. Therefore, the direction of rotation about the coil axis is not shown. Also, near zero phase The rate of change of the cosine function at Always low.

それらの満足できない特性のために互いに逆向きに進む2つの電磁波の閏の位相 差は、光学的位相変調器、あるいはバイアス変調器と呼ばれる時もある、をコイ ル状光ファイバの一方の側の光路中に置くことにより、変調される。その結果、 互いに逆向きに伝わるそれらの波の1つはコイル中を伝わる間に変調器を通るが 、コイルを逆の向きに伝わりている他の波はコイルを出る時に変14器を通る。the phase of two electromagnetic waves traveling in opposite directions due to their unsatisfactory properties The difference is that the optical phase modulator, sometimes called a bias modulator, is It is modulated by placing it in the optical path on one side of a loop-shaped optical fiber. the result, One of the waves, traveling in opposite directions, passes through the modulator while traveling through the coil. , other waves traveling in the opposite direction through the coil pass through the transformer 14 on exiting the coil.

また、tjl!羽器装置の一部として機能する位相感知検出器が、光検出器出力 電流を表す信号を受けるために設けられる。変調器により行われる振幅変調を減 少または解消するために位相変調器と位相感知検出器をいわゆる「適正な」周波 数で正弦信号発生器により動作させることができるが、同じ基本周波数の他の波 形種類をも使用できる。周波数をより管理できる値へ低下させるためにその他の 周波数を使用でき、かつその他の周波数のことがしばしばである。Also, tjl! A phase-sensitive detector functioning as part of the feather device detects the photodetector output. Provided to receive a signal representing an electric current. Reduces the amplitude modulation performed by the modulator phase modulators and phase-sensitive detectors to reduce or eliminate the so-called "proper" frequency It can be operated by a sine signal generator in numbers, but other waves of the same fundamental frequency Shape types can also be used. Other steps to reduce frequency to more manageable values frequencies can be used, and often other frequencies.

位相感知検出器の結果信号出力は正弦関数に追従する、すなわち、出力信号は、 光ダイオードへ入射する2つの電磁波の間の位相差、主として、他の大きくはあ るが望ましくない位相差の発生がない時に、コイルの軸線を中心とする回転によ る位相推移の正弦に依存する。正弦関数は位相推移が零の時に変化率が最大であ り、したがって零位相推移の両側で正弦を代数的に変化する奇関数である。した がって、位相感知検出器信号は、コイルの軸線を中心とする回転がどの向きに起 きるかを指示でき、かつ零回転速度付近の回転速度の関数として信号値の最大変 化率を与えることができる、すなわち、検出器の出力信号が低い回転速度に対し て感度が高いように、零付近の位相推移に対する検出器の感度が最高である。も ちろん、これは他の原因、すなわち、誤差に基づく位相推移が十分に小さい場合 だけ可能である。また、それらの環境におけるこの出力信号は、比較的低い回転 速度においては直線にJl:常に近い。位相感知検出器の出力信号に対するその ような特性は、先位相変X無しの光検出器の出力電流の特性より大幅な改善であ る。The resulting signal output of a phase sensitive detector follows a sinusoidal function, i.e. the output signal is The phase difference between the two electromagnetic waves incident on the photodiode is mainly due to rotation about the axis of the coil when no undesired phase difference occurs. depends on the sine of the phase shift. The rate of change of the sine function is maximum when the phase shift is zero. Therefore, it is an odd function that algebraically varies the sine on both sides of the zero phase transition. did Therefore, the phase-sensitive detector signal depends on which direction rotation about the coil axis occurs. maximum change in signal value as a function of rotation speed near zero rotation speed. i.e. the output signal of the detector is The sensitivity of the detector is highest for phase shifts near zero, so that the sensitivity is high. too Of course, this is due to other causes, i.e. if the phase shift due to the error is small enough Only possible. Also, this output signal in those environments is In terms of speed, Jl is always close to a straight line. its relative to the output signal of the phase sensitive detector. These characteristics are a significant improvement over the output current characteristics of a photodetector without prior phase shift X. Ru.

従来技術からそのような装置の例が図1に示されている。装置の光学部分は、こ の装置が可逆的である、すなわち、後で述べるように、可逆的でない位相差推移 の特性の導入を除き、逆向きに伝わる各電磁波に対してほぼ同一の光路が生ずる 。コイル状光ファイバは、検出すべき回転の中心を成す軸線の周囲に巻かれる単 一モード光ファイバを用いてコアまムは巻き枠の周囲にコイル10を形成する。An example of such a device from the prior art is shown in FIG. The optical part of the device device is reversible, i.e., as will be discussed later, the phase difference transition is not reversible. Almost identical optical paths result for each electromagnetic wave traveling in the opposite direction, except for the introduction of the characteristic . A coiled optical fiber is a single piece of optical fiber that is wound around an axis that forms the center of rotation to be detected. Using a one-mode optical fiber, the core module forms a coil 10 around the spool.

単一モード光ファイバを使用することにより電磁波すなわち光路を一意に定める ことができ、かつそのような導かれる波の位相前面を一意に定めることもできる 。これは可逆性の維持を極めて大きく支援する。Uniquely defines the electromagnetic wave or optical path by using single mode optical fiber and can also uniquely define the phase front of such a guided wave. . This greatly assists in maintaining reversibility.

また、避けることができない機械的ストレス、磁界中のファラデー効果、あるい はその他の源からひき起こされて、互いに逆向きに伝わる波の間の変化する位相 差推移を生じさせることがある分極化変動が比較的大きくなるように、ファイバ 中に非常に大きい複屈折が構成される。したがって、装置中の他の光学部品に応 じて電磁波を伝播させるために、高い屈折率の軸線、すなわちより遅い伝播軸線 、または低い率が選択される。この装置においては、ここで用いられる光学部品 を考慮して遅い軸線が選択されている。Also, unavoidable mechanical stress, Faraday effects in magnetic fields, or is the changing phase between waves propagating in opposite directions caused by other sources. The fiber is A very large birefringence is formed inside. Therefore, other optical components in the device In order to propagate electromagnetic waves through , or a lower rate is selected. In this device, the optical components used here are The slow axis was selected taking into account the

コイル10内を互いに逆向きに伝わる電磁波は図1における電磁波源、または光 源11から供給される。この源は典型的にはレーザダイオードである。レーザダ イオードは典型的な波長が830nmである、典型的にはスペクトラムの近赤外 線部分にある電磁波を供給する。コイル10における散乱側におけるレイレーお よびフレネル散乱によるそれらの波の間の位相推移差を減少させるために、源1 1は放射される光のために短い可干渉性波長を持たなければならない。コイル1 0中の非直線カー効果のために、互いに逆向きに伝わる2つの電磁波の強さの違 いが、それらの間の位相差を異なるようにすることがある。この状況は、源11 として短い可干渉性波長を持つことによっても克服できる。そうすると形式上の 位相推移打ち消しが行われることになる。The electromagnetic waves that propagate in opposite directions within the coil 10 are the electromagnetic wave source in FIG. source 11. This source is typically a laser diode. Lasada Iodes are typically in the near infrared of the spectrum, with a typical wavelength of 830 nm. Supplies electromagnetic waves in the line part. Rayleigh on the scattering side of the coil 10 and source 1 in order to reduce the phase shift difference between those waves due to Fresnel scattering. 1 must have a short coherent wavelength for the emitted light. coil 1 Due to the nonlinear Kerr effect in zero, the difference in the strength of two electromagnetic waves propagating in opposite directions However, the phase difference between them may be different. This situation is based on source 11 This can also be overcome by having a short coherent wavelength. Then the formal Phase shift cancellation will be performed.

レーザ・ダイオード11と光ファイバ・コイル10の間には、コイル10を形成 している光ファイバの端部を全体の光路をいくつかの光路部分へ分離するいつか の光学的結合部品間へ延長させる、図1における光路装置が示されている。偏光 維持光ファイバの一部が、最適光放射点においてレーザ・ダイオード11に対し て位置させられる。その点から第1の光学的方向性結合器12まで光ファイバが 延長する。A coil 10 is formed between the laser diode 11 and the optical fiber coil 10. At some point, the end of an optical fiber is separated from the entire optical path into several optical path sections. 1 is shown extending between the optical coupling parts of FIG. Polarization A portion of the maintenance optical fiber is directed to the laser diode 11 at the optimum light emission point. be positioned. The optical fiber runs from that point to the first optical directional coupler 12. Extend.

光学的方向性結合器12は光伝送媒体を含む。この光伝送媒体は4つのボートの 間に廷びている。2つの点がその媒体の各端部上にあり、図1においては結合器 12の各端部に示されている。それらのボートの1つが、それに対して位置させ られているレーザ・ダイオード11から延長する光ファイバを有する。光学的方 向性結合器12の感知端部における別のボートには、それに対して位置させられ ている別の光ファイバが示されている。その光ファイバは、光検出器装置111 4へ電気的に接続される光ダイオード+3に対して位置させられるように延長す る。Optical directional coupler 12 includes an optical transmission medium. This optical transmission medium consists of four boats. I am being courted in between. Two points are on each end of the medium, in Figure 1 the coupler 12 at each end. one of those boats positioned against it The laser diode 11 has an optical fiber extending from the laser diode 11. optical Another boat at the sensing end of the tropic coupler 12 has a Another optical fiber is shown. The optical fiber is a photodetector device 111 4, extending so as to be positioned relative to the photodiode +3 electrically connected to Ru.

光ダイオード13は、それに対向して位置させられている光ファイバから入射す る電磁波、または光波を受け、応答して光電流を供給する。この光電流は、上記 のように、入射するほぼコヒーレントな2つの光波の場合には、そのような一対 のほぼコヒーレントな光波の間の位相差の余弦に依存する光電流出力を供給する に際して余弦関数に追従する。この光起電力装置は非常に低いインピーダンスで 動作して、入射する放射の直線関数である光電流を供給する、典型的にはp−1 −n光ダイオードとすることができる。The photodiode 13 receives light incident from an optical fiber positioned opposite to the photodiode 13. It receives electromagnetic waves or light waves and supplies photocurrent in response. This photocurrent is In the case of two incident nearly coherent light waves, such a pair provides a photocurrent output that depends on the cosine of the phase difference between nearly coherent light waves of It follows the cosine function when . This photovoltaic device has a very low impedance operates to provide a photocurrent that is a linear function of the incident radiation, typically p-1. -n photodiode.

光学的方向性結合器12はその他の端部のボートに別の光ファイバを有する。Optical directional coupler 12 has another optical fiber in the other end boat.

その光ファイバは偏光器I5まで延長する。結合器12の同じ側における他のボ ートにおいては、光ファイバの別の部分を含めて、非反射性の終端装[11Bが 存光学的方向性結合器12は、その任意のボートに電磁波または光を受け、その およそ半分が、入来ボートを有するその端部とは反対側の端部の結合器1202 つのボートのおのおのに現れる。他方、結合器12の入来光ボートと同じ端部に おけるボートへはそのような波または光は送られない。The optical fiber extends to polarizer I5. Other ports on the same side of coupler 12 In the optical fiber, the non-reflective termination [11B is The existing optical directional coupler 12 receives electromagnetic waves or light on any of its boats, and Approximately half of the combiner 1202 at its opposite end from the one with the incoming boat. Appear on each of the two boats. On the other hand, at the same end of the coupler 12 as the incoming light boat, No such wave or light is sent to the boat in the water.

偏光111t15が用いられる理由は、単一空間モードファイバにおいてさえも 、ファイバを通る1Mi波において2つの偏光モードが可能だからである。した がって、それらの偏光モードの1つを上記遅い軸線に沿って光ファイバを通らせ 、他の偏光モードを阻止する目的で偏光器15が設けられる。しかし、偏光器1 5は阻止することを意図している1つの偏光状態にある光を完全に阻止するわけ ではない。The reason why polarization 111t15 is used is that even in single spatial mode fiber , because two polarization modes are possible in a 1Mi wave passing through the fiber. did Therefore, one of those polarization modes is passed through the optical fiber along the slow axis. , a polarizer 15 is provided for the purpose of blocking other polarization modes. However, polarizer 1 5 completely blocks light in the one polarization state it is intended to block. isn't it.

また、このためにその内部を互いに逆向きに進む2つの電磁波の間で小さい非可 逆位相推移が生じさせられるから、それらの電磁波の間に小さい非可逆位相推移 差が生じさせられる。その非可逆位相推移差は偏光器が置かれている環境の状態 に応じて変化することがある。これに関して、用いられている光フアイバ中の高 い複屈折が、上記のように、この結果としての位相差を減少することを再び支援 偏光器15はそれのいずれの端部にもボートを有する。電磁波伝送媒体がその内 部でボートの間に位置させられる。それの端部におけるボートのうち、光学的方 向性結合器12へ接続されているボートとは反対側のボートに別の光ファーイバ の部分が位置させられる。その光ファイバは別の光学的方向性結合器17まで延 長する。その光学的方向性結合器は結合器12と同じ波伝送特性を有する。Also, for this reason, there is a small impossibility between the two electromagnetic waves traveling in opposite directions inside the device. Since an antiphase shift is caused, there is a small irreversible phase shift between those electromagnetic waves. A difference is made. The irreversible phase shift difference is the state of the environment in which the polarizer is placed. It may change depending on. In this regard, the high Birefringence again helps to reduce this resulting phase difference, as mentioned above. Polarizer 15 has boats at either end of it. Electromagnetic wave transmission medium is one of them. located between the boats in the section. Out of the boat at the end of it, the optical side Another optical fiber on the opposite side of the boat from the one connected to the directional coupler 12. part is located. The optical fiber extends to another optical directional coupler 17. lengthen The optical directional coupler has the same wave transmission characteristics as coupler 12.

偏光器15へ結合されているボートがある結合器17の同じ端部におけるボート が、別の光フアイバ部分を用いて非反射性終端装置ll!18へ接続される。結 合器17の他の端部におけるボートについて考えると、1つはコイル10中の光 ファイバの1つの端部から延びている光路中の光学部品へ接続される。他のボー トは光ファイバ10の残りの端部へ直結される。コイル10と結合器17の間の 、コイルlOの直結されてインタフェースする側とは反対の側には、光学的位相 変調器19が設けられる。光学的位相変調器19は、図1にそれの両端部が含ま れているのが示されている伝送媒体の両端部に2つのボートを有する。コイルl Oからの光ファイバは変調器19のボートに取り付けられる。結合器17から延 長する光ファイバは変調器19の他端部に取り付けられる。The boat at the same end of the coupler 17 with the boat coupled to the polarizer 15 However, using a separate optical fiber section, a non-reflective termination device ll! 18. Conclusion Considering the boat at the other end of the combiner 17, one has light in the coil 10. It is connected to an optical component in an optical path extending from one end of the fiber. other bow is connected directly to the remaining end of optical fiber 10. between the coil 10 and the coupler 17 , on the opposite side of the coil lO to the side that is directly coupled to the interface, there is an optical phase A modulator 19 is provided. The optical phase modulator 19 includes both ends thereof in FIG. The transmission medium shown has two ports at each end. coil l The optical fiber from O is attached to the boat of modulator 19. Extending from coupler 17 A length of optical fiber is attached to the other end of modulator 19.

光度g器19は電気信号を受けて、それらの電気信号によって伝送媒体、または 複数の伝送媒体の屈折率を変化させることにより内部を通る光路長を変える。The photometer 19 receives electrical signals and uses those electrical signals to transmit signals to a transmission medium or By changing the refractive index of a plurality of transmission media, the length of the optical path passing through the medium is changed.

それにより伝送させられている電磁波に位相差を導入させる。それらの電気信号 はバイアス変調信号発生器20により変X器19へ供給される。そのバイアス変 調信号発生器は変調周波数f、の正弦波電圧出力信号を発生する。その変調周波 数はC,5in(ω、1)に等しくする事を意図するものである。ここに、ω9 は変調周波数f、のラジアン周波数に等しいものである。他の適当な周期的波形 も代わりに使用できる。This introduces a phase difference into the electromagnetic waves being transmitted. those electrical signals is supplied to the transformer 19 by the bias modulation signal generator 20. That bias change The modulation signal generator generates a sinusoidal voltage output signal at a modulation frequency f. its modulation frequency The number is intended to be equal to C,5in(ω,1). Here, ω9 is equal to the radian frequency of the modulation frequency f. Other suitable periodic waveforms can also be used instead.

これによって、源I+により放射された電磁波、または光波がたどる光路に沿っ て形成された、図1に装置の光学部分の説f1は終わりである。そのようなt4 磁波はその源から光フアイバ部分を通って光学的方向性結合器12へ結合される 。This allows the electromagnetic or light waves emitted by the source I+ to The description f1 of the optical part of the device shown in FIG. 1 is now completed. such t4 The magnetic waves are coupled from their source through an optical fiber section to an optical directional coupler 12. .

源11から結合器12へ入るその波のいくらかは、それの反対側のボートへ結合 されている非反射終端9111Bにおいて失われるが、その波の残りは偏光器1 5を通って光学的方向性結合器17へ送られる。Some of the wave entering the coupler 12 from source 11 couples into the boat on the opposite side of it. The rest of the wave is lost at the non-reflective termination 9111B, which is 5 to the optical directional coupler 17.

結合器17はビーム分割装置として機能する。このビーム分割装置においては偏 光115から受け、そのボートに入る電磁波をほぼ半分に分割する。それの一方 の部分はそれの両端における2つのボートの各ボートから出る。結合2117の 他端部における1つのボートから電磁波は光ファイバ・コイル10と変調器19 を通って結合器17へ戻る。そこで、この戻る波の一部が、結合器17の偏光器 15の接続端部における他のボートへ接続されている非反射外装r1118にお いて失われるが、その波の残りは結合器17の他のボートを通って偏光器15と 結合器12に達し、そこでそれの一部は光ダイオード13へ送られる。偏光器1 5h)らコイル10へ送られた波の他の部分はコイル10の他のボートにおいて 結合器I7の端部を離れ、変調器+9と光ファイバ・コイルIOを通って結合器 17へ再び入り、再び、それの一部は他の部分と同じ経路をたどって最終的には 光ダイオード13に入射する。Combiner 17 functions as a beam splitter. In this beam splitter, the polarization It divides the electromagnetic waves received from light 115 and entering the boat approximately in half. on the other hand A portion of comes out of each boat of the two boats at each end of it. join 2117 The electromagnetic waves from one boat at the other end are connected to an optical fiber coil 10 and a modulator 19. through which it returns to the coupler 17. Therefore, a part of this returning wave is transmitted to the polarizer of the coupler 17. to the non-reflective armor r1118 connected to the other boat at the connection end of 15. The rest of the wave passes through the other boat of coupler 17 and is lost to polarizer 15. It reaches a combiner 12 where a part of it is sent to a photodiode 13. polarizer 1 The other part of the wave sent from 5h) to the coil 10 is transmitted to the other boat of the coil 10. Leaves the end of coupler I7 and passes through modulator +9 and optical fiber coil IO to coupler 17 and again, part of it follows the same path as the other part and eventually The light enters the photodiode 13.

上記のように、光ダイオード13は、それへ入射する2つの電磁波または光波の 強さに比例し、従って、次の式 %式%)] により与えられ、そのダイオードへ入射するそれら2つの電磁波の間の位相差の 余弦に追従することが1劃される出力光電流、IPD を供給する。その理由は 、その電流が、光ダイオード+3へ入射する2つのほぼコヒーレントな波の結果 としての光の強さであって、ピーク値■。から、2つの波の間でどれだけの建設 的なFI)または破壊的な干渉が起きるかに依存するより小さい値まで変化する 強さに依存するからである。この波の干渉はコイル10を形成するそのコイルの 軸線を中心とするコイル状光ファイバの回転と共に変化する。というのはその回 転により波の間に位相推移φ8が導入されるからである。更に、この光ダイオー ドの出力電流中には、変調器19により振幅値がφ1の付加可変位相推移が導入 される。その付加可変位相推移はCOS (ω、1)として変化することを意図 される。As mentioned above, the photodiode 13 receives two electromagnetic waves or light waves incident on it. is proportional to the strength, so the following formula %formula%)] The phase difference between the two electromagnetic waves incident on the diode is given by It provides an output photocurrent, IPD, that follows the cosine. The reason is , whose current is the result of two nearly coherent waves incident on the photodiode +3 The peak value of the light is ■. , how much construction between the two waves FI) or to a smaller value depending on whether destructive interference occurs. This is because it depends on strength. This wave interference causes the coil 10 to form a It changes with the rotation of the coiled optical fiber about its axis. That's because that time This is because the rotation introduces a phase shift φ8 between the waves. Furthermore, this photodiode An additional variable phase shift with an amplitude value of φ1 is introduced into the output current of the mode by the modulator 19. be done. Its additional variable phase shift is intended to vary as COS (ω, 1) be done.

光学的位相変調器19は上記のような種類のものであって、上記のように余弦関 数に従う光検出器!1!14の出力信号を、正弦関数に従う信号へ変換するため に、復調装置の一部として位相感知検出器とともに用いられる。そのような正弦 関数に従うと、上記のように、出力信号がコイル10の軸線を中心とする回転の 速度と、その回転の向きとについての情報を供給する。The optical phase modulator 19 is of the type described above, and has a cosine function as described above. Photodetector that follows numbers! 1! To convert the output signal of 14 into a signal that follows a sine function It is used in conjunction with a phase-sensitive detector as part of a demodulator. such a sine According to the function, the output signal corresponds to the rotation about the axis of the coil 10, as described above. Provides information about speed and direction of rotation.

このように、光ダイオード13を含んでいる光検出装置f14の出力信号は電圧 へ変換され、増幅器23へ供給され、そこで増幅されてからフィルタ22を介し て位相感知検出器手段23へ送られる。位相復調装置の部分として機能する位相 感知検出器手段23は周知の装置である。そのような位相感知検出器装置は濾波 された光ダイオード装置の出力信号の第1高調波の振幅、または変調信号発生器 20の基本周波数の振幅を取り出して、光ダイオード13へ入射している電磁波 の相対的な位相の指示を供給する。この情報は正弦関数に従う出力信号で位相感 知検出器23により供給される。すなわち、この出力信号は光ダイオード13へ 入射する2つの電磁波の間の位相差の正弦に従う。In this way, the output signal of the photodetector f14, which includes the photodiode 13, is a voltage is converted into a and is sent to the phase sensitive detector means 23. Phase acting as part of a phase demodulator The sensing detector means 23 are well known devices. Such a phase sensitive detector device is filtered the amplitude of the first harmonic of the output signal of the photodiode device, or the modulation signal generator The amplitude of the fundamental frequency of 20 is taken out and the electromagnetic wave incident on the photodiode 13 is provides an indication of the relative phase of. This information is a phase-sensitive output signal that follows a sine function. is supplied by the sensor 23. That is, this output signal is sent to the photodiode 13. It follows the sine of the phase difference between the two incident electromagnetic waves.

バイアス変調器信号発生器20は、光路中の光を上記周波数f、で変調する際に 、光検出器r1114において再び組合わされた電磁波により発生されている高 調波成分へ導きもする。フィルタ22は光検出器14の出力信号の周波数成分、 すなわち、第1高調波を振幅器21により増幅した後で通す帯域フィルタである 。The bias modulator signal generator 20 modulates the light in the optical path at the frequency f. , the high voltage being generated by the recombined electromagnetic waves at the photodetector r1114. It also leads to harmonic components. The filter 22 detects the frequency components of the output signal of the photodetector 14, In other words, it is a bandpass filter that passes the first harmonic after it has been amplified by the amplifier 21. .

動作時には、光路中のコイル10を通る互いに逆向きに伝わる2つの電磁波にお ける位相差の変化は、回転のために、変調器19による位相差の変化と比較して 比較的徐々に変化する。回転、またはサニヤック光波化、によるどのような位相 差も2つの電磁波の間の位相差を単に推移させるだけである。フィルタ22の出 力端子に現れる、光検出装置114の出力信号の変調周波数成分の振幅換算係数 は、a)変調器19および発生器20によるそれらの波の位相変調の振幅値と、 b)装置における種々の利得を表す定数との係数だけ更に修正されたこの位相差 の正弦によりセットされることが予測される。それから、この信号成分中の発生 器20と変調器19によるこの正弦変調の周期的作用が、復調蒸器[11(検出 器)出力信号の振幅換算係数だけに依存して、位相感知検出器23を含んでいる 装置において復調により除去して、復調蒸器fi!(検出器)出力信号を残す。During operation, two electromagnetic waves traveling in opposite directions pass through the coil 10 in the optical path. Due to the rotation, the change in phase difference caused by the modulator 19 is changes relatively gradually. What phase due to rotation, or sagnac light waveization, The difference also simply changes the phase difference between the two electromagnetic waves. Output of filter 22 amplitude conversion coefficient of the modulation frequency component of the output signal of the photodetector 114 appearing at the output terminal a) the amplitude value of the phase modulation of those waves by modulator 19 and generator 20; b) this phase difference further modified by a factor with constants representing the various gains in the device; It is expected to be set by the sine of . Then, the occurrence in this signal component The periodic action of this sinusoidal modulation by the modulator 20 and the modulator 19 causes the demodulator [11 (detection (a) includes a phase-sensitive detector 23, depending only on the amplitude conversion factor of the output signal; It is removed by demodulation in the device and demodulated steamer fi! (Detector) Leaves an output signal.

したがって、増幅器2Iの出力端子における電圧は:V71−aut=k(1+ cos[φ8+φm(ωot十〇)コ)として典型的に現れる。係数ハは装置か ら増幅器21の出力端子までの利得を表す。記号θは発生器20により供給され る信号の位相に関する増幅器21の出力信号中の付加位相遅れを表す。この位相 推移のあるものは光検出装置14中へ導入さね、あるものは変調器19における 、発生器20により供給された信号の位相と、変調器19中の媒体の屈折率とそ れの長さの少なくとも一方、したがって変化を持つ際の変調器19の応答との間 の位相推移のような他の源からによるものである。先の式において用いられてい るその他の記号は、上の最初の式において有する意味と同じ意味を有する。Therefore, the voltage at the output terminal of amplifier 2I is: V71-aut=k(1+ It typically appears as cos[φ8+φm(ωot10)co). Is the coefficient C a device? It represents the gain from the output terminal of the amplifier 21 to the output terminal of the amplifier 21. The symbol θ is supplied by the generator 20 represents the additional phase delay in the output signal of amplifier 21 with respect to the phase of the signal. This phase Some with a transition are introduced into the photodetector 14, and some are introduced into the modulator 19. , the phase of the signal provided by the generator 20 and the refractive index of the medium in the modulator 19 and its between the length of the modulator 19 and therefore the response of the modulator 19 when having a change. from other sources such as the phase shift of used in the previous formula Other symbols in have the same meanings as they have in the first formula above.

以」二の式はベッセル級数展開で展開して次の式を与えることができる。The second equation can be expanded using Bessel series expansion to give the following equation.

V、+−0,、= k C1+ J o (φ−) cosφア]−2kJ、( φ、) sinφp CO9((’)* j十〇)−2kJ? (φ、) CO 3−,cos2 (ω、t+θ)+2kJ3 (φ、) sinφRCO33( ω、L十〇)+ (I) ’2 k J 2.、−+ (φ、、) sinφ* cos(2n+1)(ω、を十〇)]増幅器21の出力端子におけるこの信号は フィルタ22の入力端子へ供給される上記のように、フィルタ22は主として最 後の式からの第1の調波、すなわち、変調周波数成分を通す。その結果、フィル タ22の出力信号を次のように書くことができる: V、2−、、、=−2kJI (φ、) sinφ、 cos (ω、を十〇+ 甲、)現れる別の位相遅れ項甲、はフィルタ22を通った結果として付加された 第1の高調波項中の付加位相差である。この付加位相差はほぼ一定であること、 およびフィルタ22の既知の特性であることが予i!I+される。V, +-0,, = k C1 + J o (φ-) cosφ a]-2kJ, ( φ,) sinφp CO9((’)*j10)-2kJ? (φ,) CO 3-, cos2 (ω, t+θ) + 2kJ3 (φ,) sinφRCO33 ( ω, L10) + (I)’2k J2. , −+ (φ,,) sinφ* cos(2n+1)(ω, is 10)] This signal at the output terminal of the amplifier 21 is As described above, the filter 22 primarily Pass the first harmonic from the latter equation, ie, the modulation frequency component. As a result, the fill The output signal of the controller 22 can be written as: V, 2-,,,=-2kJI (φ,) sinφ, cos (ω, 10+ Another phase delay term A, which appears in A,) is added as a result of passing through the filter 22. is the additional phase difference in the first harmonic term. This additional phase difference is approximately constant; It is predicted that i! is a known characteristic of the filter 22. I+ will be given.

それからフィルタ22からの信号は、バイアス変調器発生器2oがらの信号のよ うに、位相感知検出器23へ加えられる。後者はC+5in(ωl、1)に等し くすることを再び意図するものである。ここに、ω。は変調周波数f、に等しい ラジアン周波数である。θ+vlに等しい位相推移を位相感知検出器23により 出力信号へ加えることができるとすると、発生器20の出力信号とともにその検 出器の出力は次のようなものであろう。The signal from filter 22 is then filtered like the signal from bias modulator generator 2o. The signal is then applied to the phase sensitive detector 23. The latter is equal to C+5in(ωl, 1) It is once again intended to be Here, ω. is equal to the modulation frequency f, It is a radian frequency. A phase shift equal to θ+vl is detected by the phase sensitive detector 23. If it is possible to add to the output signal, the output signal of the generator 20 as well as its detection The output of the generator will be something like this:

V、、、、、=に’ J、(φ、) sinφ。V, , ,, = to' J, (φ,) sinφ.

定数に′は位相感知検出器23を含めた装置利得である。The constant ' is the device gain including the phase sensitive detector 23.

しかし、それらの予測される結果は図1の装置では達成されないこともある。However, those predicted results may not be achieved with the apparatus of FIG.

予測される結果を達成できない1つの理由は、バイアス信号発生器20が上記の ように光路中の光を位相変調器19において周波数f9で変調すると、再び組合 わされた電磁波により光検出装置114において高調波成分が発生される結果と なるばかりでなく、発生器20と変調器18において非直線性が発生されるため に、変化する光路位相中にある高調波成分を直接供給する結果となるからである 。One reason why the expected results cannot be achieved is that the bias signal generator 20 When the light in the optical path is modulated at the frequency f9 by the phase modulator 19, it is recombined. As a result, harmonic components are generated in the photodetector 114 due to the emitted electromagnetic waves. Not only that, but also non-linearity is generated in the generator 20 and modulator 18. This is because the result is that the harmonic components in the changing optical path phase are directly supplied. .

すなわち、第1の可能性として、変調発生器20によりその出力端子へ供給され た出力信号が周波数f、の基本信号ばかりでなく、その重要な高調波も含むこと がある。そのような高調波を含まない信号を供給できるとしても、位相変調器1 9における非直線成分特性およびヒステリシスのために、光路中に供給される変 化する位相中にそのような高調波が導入される結果となることがある。そのよう な高調波のために光ファイバ・ジャイロスコープの出力信号中に大きなレートバ イアス誤差が生ずる結果となることがある。したがって、変調装置に起因するそ のような誤差が減少されるか、解消される干渉計型光ファイバ・ジャイロスコー プが望まれる。That is, the first possibility is that the signal supplied by the modulation generator 20 to its output terminal is the output signal contains not only the fundamental signal of frequency f, but also its important harmonics. There is. Even if it is possible to provide a signal that does not contain such harmonics, the phase modulator 1 Due to the non-linear component characteristics and hysteresis in This may result in the introduction of such harmonics into the phase that changes. Like that Large rate fluctuations occur in the fiber optic gyroscope output signal due to high harmonics. This may result in bias errors. Therefore, the An interferometric fiber optic gyroscope in which errors such as is desired.

発明のWl要 本発明は、前記コイル状光フアイバ中を互いに逆向きに伝わって、ある位相関係 で光検出器へ入射する電磁波を基にした光フアイバ回転センサのための誤差制御 装置を提供するものである。互いに逆向きに伝わるそれらの電磁波は、位相変調 発生器により動作させられるバイアス光学的位相変調器を通り、センサ出力信号 中に誤差を生じさせる第2高調波歪みに寄与することがある。許容できるセンサ を得るために、両方の電磁波を等価出力誤差限界以下に保つ両者の寄与の直接制 限、または制限要因と寄与の組合わせを等価出力誤差限界以下に保つ前記制限要 因による間接制限を使用できる。光フアイバ部分で巻かれた圧電体を有する変調 器のバイアス光学的位相変調器寄与の制御が、非直線スチフネスを持つ圧電体層 を装着することにより行われる。Wl essential for invention In the present invention, the optical fibers are transmitted in opposite directions through the coiled optical fiber, and have a certain phase relationship. Error control for optical fiber rotation sensor based on electromagnetic waves incident on photodetector at It provides equipment. These electromagnetic waves propagating in opposite directions are phase modulated The sensor output signal passes through a bias optical phase modulator operated by a generator. may contribute to second harmonic distortion that causes errors in the process. acceptable sensor In order to obtain or the combination of limiting factors and contributions below the equivalent output error limit. Indirect limitations based on factors can be used. Modulation with a piezoelectric material wrapped around an optical fiber section Control of the bias optical phase modulator contribution of the piezoelectric layer with nonlinear stiffness This is done by attaching the .

FIIJ面の簡単な説明 図1は信号処理装置と光伝送路および装rIIW4成を組合わせる本発明のシス テム概略1Iry:Jを示す。Brief explanation of FIIJ surface Figure 1 shows a system of the present invention that combines a signal processing device, an optical transmission line, and an equipment rIIW4 configuration. System outline 1Iry:J is shown.

図2Aおよび図2Bは本発明の変調器装置を示す。2A and 2B illustrate a modulator device of the present invention.

好適な実施例の詳細な説明 典型的には、コイルから出入りする光路へ、バイアス変調サブシステムの位相変 j!l器I9および変調発生120により加えられる時間的に変化する位相中の 基本波の後のちょうど次の高調波が、大きい誤差を生じさせるために十分に大き い振幅ををする。したがって、第2の高調波だけを考える必要がある。よって、 第2高調波を無くし、出力信号、とくに、c+5in(ω、1)としてではなく てV>o=c2 [cosω、t+δ、 cos (2ωat+W′、)]とし て変化するより大きい出力電圧振幅の出力信号を供給するために取られる対策無 しに、変調信号発生器20を考察できる。正弦関数表現から余弦関数表現への変 化はFiB意の選択である。Detailed description of the preferred embodiment Typically, the phase shift of the bias modulation subsystem is applied to the optical path into and out of the coil. j! in the time-varying phase applied by I9 and modulation generator 120. The next harmonic after the fundamental is large enough to cause a large error. Create a high amplitude. Therefore, only the second harmonic needs to be considered. Therefore, Eliminating the second harmonic, the output signal, in particular, rather than as c+5in(ω,1) Then, V>o=c2 [cosω, t+δ, cos(2ωat+W',)] No measures can be taken to provide an output signal with a larger output voltage amplitude that varies with First, the modulation signal generator 20 can be considered. Change from sine function representation to cosine function representation It is FiB's choice.

発生器20の出力信号のこの表現において、δ、は基本成分の振幅に対する、希 望の出力を歪ませる望ましくない第2高調波信号の相対的な振幅、C2は発生器 の全体的な利得定数である。その利得定数はそれからの基本出力信号を希望の振 幅で供給するために1−分な値にセットされる。第2高調波信号成分の発生にお いて発生された位相W′、は、基本信号に対して随意に選択された零位相値に対 してNl1iに選択されていた。In this representation of the output signal of the generator 20, δ is the rarefaction relative to the amplitude of the fundamental component. The relative amplitude of the unwanted second harmonic signal that distorts the desired output, C2 is the generator is the overall gain constant of . Its gain constant changes the fundamental output signal from it to the desired amplitude. Set to a value of 1-minute to supply width. For generation of second harmonic signal component The generated phase W′, is relative to an arbitrarily selected zero phase value for the fundamental signal. and was selected by Nl1i.

位相変g器19は圧電効果を示すセラミック物質体で構成でき、それの周囲に何 回か巻かれているコイル10からループ結合器17へ導く光ファイバの一部をf rする。このセラミック体は典型的には、ノルコチタン酸鉛(PZT)のような 物質で形成された中空円筒(環)の裁断されたものであって、この環を相互に接 続し、かつ発生器20との相互接続へ導く電気的リードが裁断されている円筒形 物体の外側湾曲面と内側湾曲面にそれぞれ1つずつ典型的に置かれる。電気的な 励振の下に、環は等価電気回路要素により少な(とも部分的に慣すことができる 電気回路要素として働く。The phase transformer 19 can be composed of a ceramic material body exhibiting a piezoelectric effect, and what is surrounding it? F r. This ceramic body is typically made of lead norcotitanate (PZT). A hollow cylinder (ring) made of material is cut into pieces, and the rings are connected to each other. a cylindrical shape with cut electrical leads leading to interconnection with the generator 20; One is typically placed on the outer curved surface and one on the inner curved surface of the object. electrical Under excitation, the ring can become less (and partially accustomed) to the equivalent electrical circuit element. Works as an electrical circuit element.

変調発生R20からの基本信号はセラミック環を放射状に膨張収縮させることに より、環の外側湾曲面の周縁部を伸張および足輪させて、その環の周囲に巻かれ ている光ファイバを伸ばし、およびそのような伸びを緩和してそれの長さを実行 的に伸ばし、縮める。この動作はその光フアイバ中の光路長を振動的に変化させ ることにより、それを通るどのような電磁波の位相も変調する。The basic signal from the modulation generator R20 causes the ceramic ring to expand and contract radially. Then, the outer curved surface of the ring is stretched and wrapped around the ring. Stretch the optical fiber, and relax such stretching to run it's length Extend and contract. This action vibrationally changes the optical path length in the optical fiber. This modulates the phase of any electromagnetic waves passing through it.

あるいは、位相変調器18は、典型的には、チタンまたは陽子が拡散された交換 導波器を有する、リチウム・ニオブ酸鉛(LiNbOs)で構成された基板を有 する集積化された光学的チップで構成できる。変調発生器20は、電気光学的効 果により内部で位相変調を行わせる導波器の両側の一対の電極へ接続されている 電気リードにより電気的に相互に接続される。導波器に沿って進行する電磁波の 位相は、電極へ加えられる発生器20の出力信号に応じて電極により加えられる 電界として変化させられて、それの間の導波器部分中の実行屈折率を電気光学的 に変化させてそれらの電磁波を変調する。集積化された光学的チップによる電気 的部品の動作は、チップ基板上のそれらの電極においても示される。それらは等 価電気回路要素、再び主として容量、により少なくとも部分的にシミュレート光 ファイバ・ジャイロスコープにおいて使用するために選択されたそのような装置 のいずれかへ変調発生器20の出力電圧V2.を加えると、その装置の光路部分 を通る電磁波の位相φ(1)が時間的に変化させられることになる。ジャイロス コープ装置の光路中で時間的に変化する位相変化で反射させられるように選択さ れた位相変調器装置を通って伝えられる変調発生器20の出力信号中の第2高調 波成分ばかりでなく、この発生器出力信号の基本成分の必要な相対的に大きい電 圧振幅をそのような装置へ加えることで、別の第2高調波成分をその時間的に変 化する位相変化へ典型的に供給する機械的な応答がそれから発生されることにな る。したがって、用いられている位相変調器装置の光路に沿って伝わる電磁波が 受ける、バイアス変調装置がひき起こす時間的に変化する位相変化は、φ(t) ”C2φ、 CO5ω、t+c2φ2δ、cos(2ω、t+tF、)+ C2 φ、δ、cos(2ω、t+ψt)である。この結果としての位相応答において は、位相変調器19の振幅応答は、その変調器の光路部分における第1高調波変 化成分への変換に際して、その変調器へ加えられる変調発生器2oの出力信号の 第1高調波変化成分の効果は、電気機械的作用および機械光学的作用を含むφ、 である。変調器19の光路部分における位相変化へ適用した効果を変換する結果 として、変調発生器20の出力信号の第2高IR波成分に対する変調器19の直 線振幅応答のために時間的に変化する位相第2高調波成分が生じる。この応答は φ2と名づけられる。この応答φ、は電気機械的作用と機械光学的作用を再び含 む。Alternatively, the phase modulator 18 is typically a titanium or proton diffused exchanger. It has a substrate made of lithium lead niobate (LiNbOs) with a waveguide. It can be constructed from an integrated optical chip. The modulation generator 20 has an electro-optic effect. It is connected to a pair of electrodes on both sides of the waveguide that performs phase modulation internally. They are electrically interconnected by electrical leads. of electromagnetic waves traveling along a waveguide The phase is applied by the electrodes in response to the output signal of the generator 20 applied to the electrodes. As the electric field is varied, the effective refractive index in the waveguide section between it is electro-optically to modulate those electromagnetic waves. Electrical with integrated optical chip The operation of the physical components is also indicated at their electrodes on the chip substrate. They are equal valence electrical circuit elements, again primarily capacitive, at least partially simulated by light Such devices selected for use in fiber gyroscopes The output voltage of modulation generator 20 to either V2. If you add , the optical path part of the device The phase φ(1) of the electromagnetic wave passing through is changed over time. Gyros selected to be reflected with a time-varying phase change in the optical path of the cop device. the second harmonic in the output signal of the modulation generator 20 which is passed through the phase modulator device The wave component as well as the required relatively large voltage component of the fundamental component of this generator output signal. Applying a pressure amplitude to such a device causes another second harmonic component to vary in its time. The mechanical response that typically feeds into a phase change is then generated. Ru. Therefore, the electromagnetic waves traveling along the optical path of the phase modulator device used are The time-varying phase change caused by the bias modulator that is subjected to φ(t) "C2φ, CO5ω, t+c2φ2δ, cos(2ω, t+tF,)+C2 φ, δ, cos(2ω, t+ψt). In this resulting phase response The amplitude response of the phase modulator 19 is the first harmonic modulation in the optical path portion of the modulator. of the output signal of the modulation generator 2o applied to the modulator upon conversion to the The effect of the first harmonic change component is φ, which includes electromechanical and mechano-optical effects. It is. The result of converting the effect applied to the phase change in the optical path section of the modulator 19 , the direct response of the modulator 19 to the second high IR wave component of the output signal of the modulation generator 20. A time-varying phase second harmonic component arises due to the line amplitude response. This response is It is named φ2. This response φ again includes electromechanical and mechano-optic effects. nothing.

別の時間的に変化する位相第2高調波成分は、変調発生器20の出力信号を変1 1619の光路部分における位相変化へ変換する結果として、変調発生器20の 出力信号の第1高調波成分に封するその変調器19の非直線振幅応答によっても 生ずる。時間的に変化する第1高調波成分へ発生器第1高調波成分を変換する応 答に対する応答の大きさはδ、と名づけられる。この時間的に変化する第2高調 波成分が生ずる理由は、時間的に変化する第1高調波成分に対する機械的な非直 線性が甲、だからである。第2高調波周波数における位相変g器I9の電気的刺 激と、機械的応答との間にある位相推移が存在することがあるから、第1の時間 的に変化する光路位相変化成分中の位相型、は、変調発生器20の出力信号の第 2高調波成う)中の位相ψ′、とは異なることに注目されたい。対応する時間的 に変化する第2高調波光路位相変化成分を生ずる機械的な非直線性が、位相変調 器19のM4W材料における非直線的な挙動と、位相変調器19における材料の ヒステリ/スと構造部品の関係、たとえば、機械的結合とのために典型的に生ず る。Another time-varying phase second harmonic component modulates the output signal of modulation generator 20. 1619 into a phase change in the optical path portion of the modulation generator 20. Also due to the non-linear amplitude response of its modulator 19 which seals to the first harmonic component of the output signal. arise. An application that converts the generator first harmonic component into a time-varying first harmonic component. The magnitude of the response to the answer is named δ. This temporally changing second harmonic The reason why the wave component is generated is mechanical non-direction to the first harmonic component that changes over time. This is because linearity is the highest. Electrical stimulation of phase transformer I9 at the second harmonic frequency Since there may be a phase shift between the mechanical response and the The phase type in the optical path phase change component that changes as follows is the phase type of the output signal of the modulation generator 20. Note that this is different from the phase ψ' in the second harmonic (consisting of two harmonics). corresponding temporal The mechanical nonlinearity that produces the second harmonic optical path phase change component that changes to The non-linear behavior of the M4W material in the phase modulator 19 and the This typically occurs due to the relationship between hysteresis and structural components, e.g. mechanical connections. Ru.

コイル10と位相変調器19を通った後で結合器17において再結合された互い に逆向きに伝わる電磁波の間の正味の非可逆的位相差φ、(t)はφ(1) − φ(t−γ)である。ここに、γは電磁波が変調器19を出てコイル10を進み 、そのコイルの反対の側における対称的な点に到達するまでの時間の長さである 。After passing through the coil 10 and the phase modulator 19, they are recombined in the coupler 17. The net irreversible phase difference φ, (t) between electromagnetic waves propagating in opposite directions is φ(1) − φ(t−γ). Here, γ is the electromagnetic wave leaving the modulator 19 and proceeding through the coil 10. , is the length of time it takes to reach the symmetric point on the opposite side of the coil. .

φ、(t)に対するこの定義は、LΔL′+τ/2を基にしてtを代入すること により、この電についての式をより便利に取り扱うことによって対称的にできる 。This definition for φ, (t) is to substitute t based on LΔL′+τ/2. By handling the equation for this electric current more conveniently, we can make it symmetrical. .

時間の長さてはTi磁波が位相変調器19からコイル10の他の側における対称 的な点までコイル10を通る伝播時間である。φゆ N)の定義を用いて、およ び前記代入を行うと次の結果が与えられる。The length of time is such that the Ti magnetic wave is symmetrical from the phase modulator 19 to the other side of the coil 10. is the propagation time through the coil 10 to the point where . Using the definition of φyuN), and and the above substitution gives the following result.

φ、(1)=φD)−φ(t−τ) =φ(t′+τ/2)−φ(t′−τ/2) tAt’ +τ/2に対して=C 2φ+ [cos (ω、t′十の。τ/2)−cos(ω、t′−ω。τ/2 )] +C7φ2δs[cOs(2ω9t′ +ω9τ+ψG)−cos(2のlIt ′−ωヮτ+重#)コ+C7φ、δm Ccos (2ω、t ’ + ωaτ +1vj−cos(2ω、tl+ω1τ十甲、)]” −2’C2φ+ sin  (ω9τ/2)sinω。t′−2C9φ、δ# Sln (ωaτ) si n (2ω、、t ’+ψe)−20,φ1δ、 sin (ω9で)sin( 2ω、t′+マフ)ここに、最後の式は三角恒等式を用いて得られたものである 。基本高調波頂の振幅が変31振幅φゆ、またはφ、、A−2C2φ、 sin ω9τ/2と定義されるものとすると、この最後の式を次のように書き替えるこ とができる。φ, (1)=φD)−φ(t−τ) =φ(t'+τ/2)-φ(t'-τ/2) for tAt'+τ/2=C 2φ + [cos (ω, t' ten. τ/2) - cos (ω, t' - ω. τ/2 )] +C7φ2δs[cOs(2ω9t' +ω9τ+ψG)-cos(2's lIt ′-ωヮτ+heavy #)ko+C7φ, δm Ccos (2ω, t’ + ωaτ +1vj-cos(2ω, tl+ω1τ1kō,)]”-2’C2φ+sin (ω9τ/2) sinω. t'-2C9φ, δ# Sln (ωaτ) si n (2ω,, t’+ψe)-20, φ1δ, sin (at ω9) sin ( 2ω, t′ + muff) Here, the last equation is obtained using the trigonometric identity. . The amplitude of the fundamental harmonic peak changes 31 amplitude φY, or φ, , A-2C2φ, sin Assuming that ω9τ/2 is defined, this last equation can be rewritten as I can do it.

φ・(t′)=φ、 sinω、、t′+2δ7φ、 cos (ω。τ/2) sin(2ω、t’+IF、)この位相を持つ電磁波は光検出器13に達し、従 ってこの最後の位相差を使用するためにipv に対する上の式を、この近似に 到達するために三角恒等式を用いて、身き替えねばならない。すなわち、上の式 はベッセル級数展開で展開できる。そのベッセル級数は三角恒等式に組合わされ て、光検出器13の出力中に現れる次のような第1高調波成分を生ずる。φ・(t')=φ, sinω,, t'+2δ7φ, cos (ω.τ/2) sin(2ω, t’+IF,) The electromagnetic wave with this phase reaches the photodetector 13 and is To use this last phase difference, the above equation for ipv can be changed to this approximation. To arrive at this, we must use trigonometric identities and transform ourselves. That is, the above equation can be expanded using Bessel series expansion. The Bessel series is combined with the trigonometric identity As a result, the following first harmonic component appears in the output of the photodetector 13.

変調発生器20からの第1高調波信号はω1Lの余弦に追従するから、φつ=0 、すなわち、零回転速度におけるどのような位相差も誤差と見積もることができ るようにコイルIOのどのような回転も無視すると仮定して、変調発生器20の 基本周波数において、最後の式の同相成分は次式のように位相感知検出器23( sinω、t′を乗ぜられた項)により取り出される。Since the first harmonic signal from the modulation generator 20 follows the cosine of ω1L, φ=0 , that is, any phase difference at zero rotation speed can be estimated as an error. of the modulation generator 20, assuming that we ignore any rotation of the coil IO so that At the fundamental frequency, the in-phase component of the last equation is transferred to the phase-sensitive detector 23 ( sinω, the term multiplied by t').

V、i−0゜、= k ’ φ、cos (ω9τ/2)[J、(φ、)−J3 (φ5)]定数に′は、再び、−にに与えた■、3−0゜、の第1の式中に現れ る定数であって、位相感知検出器23のn:i、および内部、の装置部品におけ る利得定数をカバーするものである。V, i-0゜, = k' φ, cos (ω9τ/2) [J, (φ,)-J3 (φ5)] The constant ' appears again in the first equation of ■, 3-0°, given to -. n:i of the phase sensitive detector 23 and internal device components. This covers the gain constant.

したがって、取り出された同相信号成分の式が示すように、位相感知検出器23 の出力信号中にオフセット値が存在する、すなわち、コイル10へのどのような 入力回転速度も存在しないにもかかわらず、そのコイルの回転速度を示す出力値 が存在する。しかし、ジャイロスコープが接続されている後続の信号処理回路は 、第2高調波歪みが存在しないということを基にして上記第1の式で与えられた 予測された態様での信号V 21− e u tを受けるように構成されるであ ろう。すなわち、 V23−、u、=に’ J 、 (φ、) sinφR回転速度を基にして等し いものであると定める。したがって、それら最後の2つ獲得されて、有効な回転 速度として送られる。この値はに′ノ、(φ、 ) s r n蝉= /2 ′ φ、cos(ω、’7;)[J+ (φ、)−13(φ、)コこの結果は、有用 なジャイロスコープを有するために回転速度誤差φRが比較的小さく何とか保た れるであろう、という仮定を基にして簡単にできる。そうするとオフセット回転 速度誤差は直接に、 周囲に光ファイバを巻かれ、溶融結合器を用いたセラミック体を基にした位相変 調器を用い、1時間当たり数度の出力誤差を有する比較的ゆるやかな性能の光フ ァイバ・ジャイロスコープを提供できるようにする構成の、開ループ干渉計光フ ァイバ・ジャイロスコープについて考える。そのような構成はバイアス変調周波 数、または変調発生器20の出力信号の基本成分の周波数も同士キロヘルツに制 限する。Therefore, as the equation for the extracted in-phase signal component shows, the phase sensitive detector 23 There is an offset value in the output signal of Output value indicating the rotational speed of that coil even though there is no input rotational speed either exists. However, the subsequent signal processing circuit to which the gyroscope is connected is , given by the first equation above based on the absence of second harmonic distortion. be configured to receive the signal V21-eut in the expected manner. Dew. That is, V23-, u, = is equal to 'J, (φ,) based on sinφR rotation speed. It is determined that it is a thing. Therefore, those last two are obtained and the valid rotation Sent as speed. This value is ni′ノ, (φ, ) s r n cicada = /2′ This result is useful The rotational speed error φR was kept relatively small due to the use of a gyroscope. This can be easily done based on the assumption that Then offset rotation The speed error is directly A phase shifter based on a ceramic body wrapped around an optical fiber and using a fused coupler. A relatively slow-performance optical fiber with an output error of several degrees per hour is used. An open-loop interferometer optical fiber configured to provide a fiber gyroscope. Consider fiber gyroscopes. Such a configuration has a bias modulation frequency or the frequency of the fundamental component of the output signal of the modulation generator 20 is also controlled to within kilohertz. limit

それらの環境においては、予測される出力信号を最大にするために基本バイアス 変調成分の振幅φ8の振幅の典型的な値が1.84として選択されるものとすっ てIのオーダーの値を生ずる。したがって、式を次式で非常に良く近似できる。In those environments, a base bias is applied to maximize the expected output signal. If the typical value of the amplitude of the modulation component amplitude φ8 is selected as 1.84, then yields a value of the order of I. Therefore, the equation can be very well approximated by the following equation.

1時間当たり数度のそのような装置に対する典型的な許容された誤差に鑑みて、 φ8は典型的にφ2 ≦io−’、またはとして指定される。明らかに、この不 等性を満たさなければならないとすると、この不等式の右辺の各項は不等性を個 々に満たさなければならない。すなわち、周囲に光ファイバが巻かれたセラミッ ク環で構成された位相変調器において、それを通る光路部分中に第2高調波周波 数で生ずる時間的に変化する位相変化における応答が、基本周波数で生ずるそれ のたった10分の!であること、したがって、φ、/φ、=O,Iであることが 典型的に見出だされている。係数甲、は1より決して大きくはできず、甲、は予 測できない変化を受けて、それが1より小さい任意の値を常に取るという仮定を 阻止する。したがって、δ、:a10−5である結果を与える誤差解析のために 、値5inlF、は約1であるとして取り扱わねばならない。Given the typical allowed error for such devices of several degrees per hour, φ8 is typically specified as φ2〉io−′, or. Obviously, this failure If equality must be satisfied, then each term on the right side of this inequality represents an inequality individually. must be fulfilled. In other words, it is made of ceramic with optical fiber wrapped around it. In a phase modulator composed of a loop ring, the second harmonic frequency is generated in the optical path passing through it. The response in a time-varying phase change that occurs at It only takes 10 minutes! Therefore, φ, /φ, = O, I typically found. The coefficient A, can never be greater than 1, and the coefficient A, The assumption is that the unmeasurable change will always take on an arbitrary value less than 1. prevent. Therefore, for the error analysis giving the result that δ, :a10-5 , the value 5inlF, must be treated as approximately 1.

δ、は、変!lid生器20により供給される出力信号の第2高調波成分の、第 1高調波成分の振幅にχ・jする振幅であるから、第2高調波成分は基本成分の 振幅より1oOdb低(なければならない。すなわち、変調発生器20について の仕様をシステム出力誤差についての仕様から20dBの率だけ低下させるよう に、位相変調器の機械的な応答は、変調発生器20により発生された第2高調波 成分のFWを抑制することを十分支援する。δ, w-weird! of the second harmonic component of the output signal provided by the lid generator 20. Since the amplitude of the first harmonic component is χ・j, the second harmonic component is equal to the amplitude of the fundamental component. 1oOdb lower than the amplitude (i.e. for the modulation generator 20) so that the specification for system output error is reduced by a factor of 20 dB from the specification for system output error. , the mechanical response of the phase modulator is the second harmonic generated by the modulation generator 20. It fully supports suppressing the FW of components.

他方、結果がδ、≦l0−6であるから、 sin ’F−の予測不能性のため にそれを約1であると再び見なさなければならない。したがって、δ、は、時間 的に変化する第1高調波光路位相変化成分に対する位相変調器19の非直線機械 的応答に起因する時間的に変化する第1高調波光路位相変化成分の振幅であるか ら、機械的にひき起こされた第2高調波位相変化成分振幅は、基本的な高調波光 路位相変化成分の振幅より120dB低くなければならない。On the other hand, since the result is δ, ≦l0-6, due to the unpredictability of sin 'F- We have to consider it again to be about 1. Therefore, δ is the time The nonlinear mechanism of the phase modulator 19 for the first harmonic optical path phase change component that changes Is it the amplitude of the first harmonic optical path phase change component that changes over time due to the physical response? , the mechanically induced second harmonic phase change component amplitude is the fundamental harmonic light It must be 120 dB lower than the amplitude of the road phase change component.

変調発生器20の出力信号に対する要求、δ、≦10−5すなわち一100dB は、発生器20の出力信号の基本周波数ω9の2倍の周波数において少なくとも 100dB減衰させるように、十分な数の極を持つフィルタに通した後で供給す ることにより、満たすことができる。そのようなフィルタは、位相変調器18を 動作させるためにその発生器により供給することをめられる電圧振幅の範囲にわ たって非直線動作を示さない要素で構成せねばならない。そのような構成は、基 本成分に対する第2の高調波成分の振幅の比が、図1の光ファイバ・ジャイロス コープ装置に対する回転速度において許されている位相誤差より小さい出力信号 を生ずる。The requirement for the output signal of the modulation generator 20, δ, ≦10−5 or -100 dB is at least at a frequency twice the fundamental frequency ω9 of the output signal of the generator 20. It is fed after being passed through a filter with a sufficient number of poles to attenuate it by 100dB. This can be achieved by Such a filter uses a phase modulator 18 over the range of voltage amplitudes required to be supplied by the generator for operation. It must be constructed of elements that do not exhibit non-linear operation. Such a configuration The ratio of the amplitude of the second harmonic component to the main component is the optical fiber gyroscope shown in Fig. 1. Output signal smaller than the phase error allowed at the rotational speed for the coping device will occur.

位相変調器19に対するδ、≦10−6、すなわち−120dB、という機械的 要求は、周囲に光ファイバを数回巻かれたセラミック環を有する構造を用いて満 たすことがはるかに困難なことがある。分離されているセラミック体現は、基本 成分周波数の1における振動モードが環の外面の前後の半径方向の振動運動であ り、かつその運動による外面周縁部が変化しないように数字8のパターンのある ものに追従する点で、その環の周期的運動に対する振動モードに良く適するが、 更に大きな問題が生ずる。動(環についてのどのような制約もその環の内部に僅 かな変形をひき起こして、運動中にその他の高調波成分を生じさせることがある それらの高調波成分は、周囲に巻かれている光ファイバの引き伸し運動へ変えら れる。ファイバの長さ寸法のそのような変化の結果としての影響により光路位相 変化中に第2高調波成分が生じさせられ、それを通る電磁波中に第2高調波成分 が誘導される。The mechanical The requirement was met using a structure with a ceramic ring around which the optical fiber was wrapped several times. It can be much more difficult to accomplish. Ceramic embodiment is separated into basic The vibration mode at component frequency 1 is the back and forth radial vibration motion of the outer surface of the ring. The number 8 pattern is designed to prevent the outer periphery from changing due to the movement. In that it follows objects, it is well suited to the vibration mode for the periodic motion of the ring, but An even bigger problem arises. motion (any constraint on a ring is may cause small deformations and generate other harmonic components during motion. These harmonic components are converted into the stretching motion of the optical fiber that is wound around it. It will be done. Due to the consequent effects of such changes in the length dimension of the fiber, the optical path phase A second harmonic component is generated during the change, and a second harmonic component is generated in the electromagnetic wave passing through it. is induced.

そのうような制約の1つが、環へ固定されている相互接続線である。その相互接 1ullはその環へ機械的荷重を加え、更に詳しくいえば、不平衡な機械的荷重 を加える。典型的にはるかに重大な不平衡制約源は、その環を希望の場所へ固定 するために潜在的に使用できる多くの欅類のマウントによりその環へ伝えられる 荷重である。最後に、環の周囲に光ファイバを巻くことは荷重制約、とくにかな りのヒステリシス源と、半径方向に振動する環および温度の周期的変動、および 経時変化の結果として起きる移動によるファイバの伸張プロセスによる時間的に 変化する機械的不平衡との少なくとも一方と、一様でない加重制約との両方の原 因となり得る。環体中のセラミック物質中の不均質ためにそのようなヒステリシ スと、その他の有害な影響との少なくとも一方もひき起こすことがある。それら 欅々の非直線性はδ、の値を形成することに寄与し、更に詳しくいえば、第2高 調波と、とくにヒステリシスが1−の形成に寄与する。One such constraint is the interconnect wires being fixed to the ring. their mutual contact 1ull applies a mechanical load to the ring, more specifically an unbalanced mechanical load. Add. A typically much more severe source of unbalance constraints fixes the ring in the desired location. A number of keyaki mounts can potentially be used to convey that ring. It is a load. Finally, wrapping the optical fiber around the ring is subject to load constraints, especially sources of hysteresis and radially vibrating rings and periodic variations in temperature; temporally due to the stretching process of the fiber due to the movement that occurs as a result of aging. Due to varying mechanical imbalances and/or non-uniform weighting constraints. This could be the cause. Such hysteresis is due to inhomogeneities in the ceramic material in the annulus. and/or other harmful effects. those The key nonlinearity contributes to forming the value of δ, and more specifically, the second height Harmonics and especially hysteresis contribute to the formation of 1-.

図2八と図2Bは、ヒステリシスと、その他の機械的不平衡との、少なくとも一 方を含むそれらの種類の非直線性を大幅に減少するために構成された光学的位相 変調器の上面図と、横断面側面図とをそれぞれ示す。PZTセラミック環30が ハウジング31のくぼんでいる部分に位置させられているのが示されている。Figures 28 and 2B show that hysteresis and other mechanical imbalances are The optical phase is configured to significantly reduce those types of nonlinearities, including 3A and 3B respectively show a top view and a cross-sectional side view of the modulator. PZT ceramic ring 30 It is shown positioned in a recessed portion of housing 31.

その(ぼんでいる部分はこのハウジングの上面における平庇大の形をしている。The concave part is the size of the flat eave on the top surface of this housing.

この穴は、ハウジング31により形成された、円形横断面の外側垂直側面により 囲まれる。この穴の中央部には、ハウジング3Iの上面にほぼ平行で、その上面 より上面より高い」二面を打する直円筒の形の中心コア32がある。This hole is formed by the outer vertical side of the circular cross section formed by the housing 31. surrounded. The central part of this hole is approximately parallel to the upper surface of the housing 3I, and the upper surface thereof There is a central core 32 in the form of a right cylinder that strikes two surfaces "higher than the upper surface."

F側の開放セル、すなわち、柔らかい発泡材層33がこの穴の底面の上に設けら れる。その層の中心穴によりコア32がそれを貫いて上へ延長できるようにされ る。その」−およびコア32の周囲にセラミック物質環30が配置させられる。An open cell on the F side, i.e. a soft foam layer 33 is provided on the bottom of this hole. It will be done. A central hole in the layer allows the core 32 to extend upwardly through it. Ru. A ring 30 of ceramic material is placed around the core 32.

環30は、その環30の高さと同じ厚さの円板状の別の開放セル、柔らかい発泡 材層34によりこのコアに対してほぼ中央に維持させられる。発泡材層34中の 穴によりコア34がそれを貫通して延長することも許される。The ring 30 is made of another open cell, disc-shaped, soft foam with the same thickness as the ring 30. The material layer 34 maintains it approximately centered relative to this core. in the foam material layer 34 The hole also allows core 34 to extend therethrough.

上側の開放セル、すなわち、柔らかい発泡材層35が層34および環30の上面 の大部分の上、およびその中を貫いて上へ延長するコア32の周囲に配置させら れる。中心に固定用の穴を有する固定板36が環30および層35のほとんどと 、固定用穴により筒用させられているコア部分を除くコア32の全ての上に配置 させられる。雄ねじ37が固定板36の固定用穴36の中にねじこまれ、コアの 上面の中心に設けられているねじ穴に入れられる。The upper open cell, i.e., soft foam layer 35 covers the top surface of layer 34 and annulus 30. The core 32 is disposed over a large portion of the core 32 and extends upwardly through it. It will be done. A fixing plate 36 with a fixing hole in the center is attached to most of the ring 30 and layer 35. , placed on all of the core 32 except for the core part that is made into a cylinder by the fixing hole. I am made to do so. The male screw 37 is screwed into the fixing hole 36 of the fixing plate 36, and the core It is inserted into the screw hole provided in the center of the top surface.

固定用板36がコア32の上面へ強く押し付けられるまでねじ37を回す。この 操作により、ハウジング31内の穴の反復可能な深さとコア32の反復可能な高 さを与えられて、その環の高さと、それらの層の厚さとにより決定されるかなり な反復可能な下向きの力が開放セルの間の環30と、柔らかい発泡材層35.3 3との組合わゼへ加えられる。このように、環30を保持する力はユニットごと にかなり良く知られており、かつかなり反復可能である。Turn the screw 37 until the fixing plate 36 is firmly pressed against the upper surface of the core 32. this Operation allows repeatable depth of the hole in the housing 31 and repeatable height of the core 32. given the height of the rings, determined by the height of the rings and the thickness of their layers. A repeatable downward force is applied to the annulus 30 between the open cells and the soft foam layer 35.3. Added to the combination with 3. In this way, the force holding the ring 30 is is fairly well known and fairly repeatable.

135と33は多少非線形ばねとして作用し、環30はそれらの層によりかなり 軽く保持され、それらの層中のスチフネスは非常に小さくて、環がそれらの層の 間の中心にあるとするならば、それらの層へ加えられる環の力に抗する。しかし 、たとえば、機械的衝撃により、すなわち、それらの層のいずれかの層の向きに 大きい距離だけ動かされ、層が比較的堅くなると、それらの肩へ加えられる環の 力に対するそれらの層の抵抗は非常に急速に増大する。環30がコア32へ向か って半径方向へ動かされるものとすると、中心l1134は類似のやり方で作用 する。環30へかかるこの比較的軽い荷重は、発生器20により強制される環の 周期的な運動中に第2高調波成分の発生を抑制するが、それでも比較的大きい運 動振幅から環30をよく抑制されたままにする。135 and 33 act as somewhat nonlinear springs, and ring 30 is considerably It is lightly held, the stiffness in those layers is very small, and the rings are If it is at the center between them, it will resist the force of the ring applied to those layers. but , for example, by mechanical impact, i.e. the orientation of any of those layers When moved a large distance and the layers become relatively stiff, the rings added to their shoulders The resistance of those layers to force increases very quickly. Ring 30 heads towards core 32 is moved in the radial direction, the center l1134 acts in a similar manner. do. This relatively light load on the annulus 30 is due to the annulus being forced by the generator 20. Although it suppresses the generation of second harmonic components during periodic motion, it still causes a relatively large amount of vibration. Keeps the annulus 30 well restrained from dynamic amplitudes.

環30の内側湾曲面と外側湾曲面をそれぞれ電気的に接続するために一対の可撓 性線38.39が用いられる。相互接続線38.39は非常に良くたわませるこ とができるから、環30へほとんど機械的荷重を与えない。相互接続線38.3 9により加えられる荷重を避けることを助ける、環の可能な代替物は、環ではな くてセラミック物質の中実円板である。というのは、そのような円板は周期運動 の下で静止節点場所を生じ、その静止節点場所へそれらの線を固定することによ りその円板の運動を妨害しないからである。A pair of flexible rods are provided to electrically connect the inner curved surface and the outer curved surface of the ring 30, respectively. The sex line 38.39 is used. The interconnection wires 38, 39 can be bent very well. Therefore, almost no mechanical load is applied to the ring 30. Interconnection line 38.3 A possible alternative to the ring, which helps avoid the loads imposed by It is a solid disk of solid ceramic material. This is because such a disk is in periodic motion. by generating a stationary nodal location under and fixing those lines to that stationary nodal location. This is because it does not interfere with the movement of the disk.

結合n27と、環30の周囲に巻かれているコイル10との間を延長する光ファ イバの一部40が環30の外側湾曲面の中央部の周囲に巻かれている様子が図2 Aと図2Bに示されている。環30の外側湾曲面の光ファイバ4oが巻かれてい る部分より上の部分へ可撓性!139が接続される。巻がれている光)Tイバが 変調中に行う伸びプロセス中のヒステリシスおよび滑りを大幅に減少するには、 光ファイバの部分40の外被が薄く、堅くてノリ力・コアへ良く接着する必要が ある。An optical fiber extending between the coupling n27 and the coil 10 wound around the ring 30 FIG. A and FIG. 2B. The optical fiber 4o on the outer curved surface of the ring 30 is wound. Flexible to the upper part! 139 is connected. The light that is wrapped around) To significantly reduce the hysteresis and slippage during the elongation process during modulation, The outer sheath of the optical fiber portion 40 is thin and hard, and requires good glue force and adhesion to the core. be.

またこの目的のために、光ファイバの部分40は環30の外側湾曲面の周囲に約 40グラムの張力に下に巻かれる。その巻き作業は紫外線で硬化できるエポキシ でその面を湿らせて行われる。そのエポキシは、巻かれた光ファイバの部分を介 して覆われ、その後で硬化してその部分を環30の外側湾曲面へ強く接合する。Also for this purpose, a section of optical fiber 40 is placed approximately around the outer curved surface of the ring 30. Rolled down to a tension of 40 grams. The winding process is made using epoxy that can be cured by ultraviolet light. This is done by moistening the surface. The epoxy is applied through a section of wound optical fiber. and then cured to firmly bond the portion to the outer curved surface of the ring 30.

環30の周囲の光フアイバ40中のループの一部だけの伸びを避けるために、光 フアイバ部分40は、環30の外面の周囲に整数巻き回数だけ対称的に巻かれる 。To avoid stretching only a portion of the loop in the optical fiber 40 around the annulus 30, the optical Fiber portion 40 is wrapped symmetrically around the outer surface of ring 30 an integral number of turns. .

位相変調器19のそのような構造の結果として、機械的な応答が発生した第2高 調波成分が、基本周波数成分振幅より80dBより小さい振幅の機械的にひき起 こされる、時間的に変化する第2高調波光路位相変化を有することを比較的容易 に達成し、かつ、気をつければ、基本成分の振幅より120dB以上小さい振幅 を有するであろう位相変調器が得られることになる。このようにして、図2A1 図2Bの位相変g器は図1の光ファイバ・ジャイロスコープ装置の出力信号中の オフセット位相誤差成分に対して許されているものより多くない第2高調波位相 変化成分を供給するという要求を満たすことができる。As a result of such a structure of the phase modulator 19, the mechanical response occurs at a second height. The harmonic component is mechanically induced with an amplitude less than 80 dB than the fundamental frequency component amplitude. It is relatively easy to have a temporally varying second harmonic optical path phase change. If you achieve this and are careful, the amplitude will be 120 dB or more smaller than the amplitude of the fundamental component. A phase modulator will be obtained which will have . In this way, FIG. 2A1 The phase shifter of FIG. No more second harmonic phase than allowed for the offset phase error component The requirement of supplying variable components can be met.

第2高調波成分の存在によるオフセット位相誤差に対して上で見出だされた表現 は、そのようなオフセット誤差を減少または解消する更に2つの可能性を示すも のである。最初のものは、係数[1−J3 (φ、)/J、(φ、)]中で見出 だされる。位相変化φ1の基本成分の振幅を、予測される出力信号を最大にする ために用いられる値1.84より十分に高い値3.05に選択することにより、 その係数を零へ、または零に非常に近(させることができる。この結果としてφ 2も零になる。バイアス変調基本成分の振幅値を選択し、維持する装置は、ゾー ン(P、Dane)他による「光ファイバ書ジャイロスコープ・バイアス変調振 幅決定(Fiber 0ptic Gyroscope Bias Modul ation Amplitude Determination)Jという名称 の先に出願され、本願と同じ譲り受け人へ譲渡された未決の米国特許用11m0 7/636.305に記載されている。参考のためにそれをここに含める。その 装置はバイアス変jltM幅を3.05に完全に維持することはできず、より大 きい直角信号によるオフセットが増加するが、この係数のために、零ではないが 、比較的小さい値を供給するためにこの装置を使用できる。それは次に、光ファ イバ・ジャイロスコープ出力信号オフセット位相誤差仕様が不変のままであると しても、δ、とδ7が満たさねばならない限界を高くできる。The expression found above for the offset phase error due to the presence of the second harmonic component also presents two further possibilities for reducing or eliminating such offset errors. It is. The first one is found in the coefficient [1-J3 (φ,)/J, (φ,)] issued. Maximize the amplitude of the fundamental component of the phase change φ1 to maximize the predicted output signal. By choosing a value of 3.05 that is sufficiently higher than the value of 1.84 used for The coefficient can be brought to zero, or very close to zero. This results in φ 2 also becomes zero. The device that selects and maintains the amplitude value of the bias modulation fundamental component is “Optical Fiber Book Gyroscope Bias Modulation Vibration” by Dane et al. Width determination (Fiber 0ptic Gyroscope Bias Module ation Amplitude Determination) J name 11m0 for pending U.S. patents filed earlier and assigned to the same assignee as the present application. 7/636.305. I include it here for reference. the The device cannot maintain the bias variation jltM width perfectly at 3.05, and The offset due to the higher quadrature signal increases, but due to this factor, it is not zero but , this device can be used to supply relatively small values. It then If the Iba gyroscope output signal offset phase error specification remains unchanged However, the limits that δ and δ7 must satisfy can be raised.

そのために見出だされている式において示されているオフセット位相誤差を解消 するか、大幅に減少するための残されている他の可能性が係数e08ω1τ/2 により提供される。周知のように、変調発生器20により位相変調器19を動作 させる際におけるω9のためのいわゆる「固有周波数」が存在する。その変調周 波数においては、コイル10中を互いに逆向きに伝わる電磁波の変調は位相が1 80度異なる。それはバイアス変調装置の動作に暉々の利益をもたらす。ω。ま たはω。−2に対する固有周波数はω、−2τ=πである。その周波数において は、明2Aと図2Bに記載されている種類の位相変調器はその典型的な周波数で 通常動作できない。これはコイル10を形成するために用いられている比較的短 い長さの光ファイバに対してであり、(もっともそれはより長い長さにも適当で ある)、したがって、1つの選択は、とくにコイル状光ファイバ・ジャイロスコ ープが含まれないのであれば、集積化された光学的チップ位相変ll器を使用す ることである。Eliminate the offset phase error shown in the equation found for this purpose. Other possibilities remain to significantly reduce the coefficient e08ω1τ/2 Provided by. As is well known, a modulation generator 20 operates a phase modulator 19. There is a so-called "natural frequency" for ω9 when Its modulation frequency In terms of wave numbers, the modulation of electromagnetic waves propagating in opposite directions through the coil 10 has a phase of 1. 80 degrees different. It provides tremendous benefits to the operation of the bias modulator. ω. Ma Or ω. The natural frequency for -2 is ω, -2τ=π. at that frequency The phase modulator of the type described in Figures 2A and 2B has a typical frequency of Cannot operate normally. This is the relatively short length used to form coil 10. for long lengths of optical fiber (although it is also applicable to longer lengths). ), therefore one choice is especially a coiled fiber optic gyroscope. If no loop is involved, an integrated optical chip phase shifter may be used. Is Rukoto.

φ、の典型的な値である1、84が再び用いられるものとすると、[+−J3( φ、)/J、(φ、)]は再びおよそ1であろう。他方、集積化された光学的チ ップを使用すると、機械的な応答比からの支援を解消する、すなわち、φ、/φ 。If the typical value of φ, 1,84 is again used, then [+−J3( φ, )/J, (φ, )] will again be approximately 1. On the other hand, integrated optical chips Using a dip eliminates the assistance from the mechanical response ratio, i.e., φ, /φ .

はほぼ1である。というのは、集積化された光学的チップは、電極の間の容量が 超高周波において大きくなるまで周波数に依存する大きな効果を導入しない電気 光学的効果を使用する際に広い帯域幅を示すからである。その結果、δ、により 満たすべき限界を高くするのにもたらされるこの要因の支援が解消される。更に 、δ、はほぼ零であるから、任意の大きさの集積化された光学的チップの使用に おける機械的に引き起こされる第2高調波成分の困難が存在しないであろう。こ の結果は、そのようなチップにおける物体中の光弾性効果が電気光学的効果と比 較して小さいからである。そのような集積された光学的チップは横軸効果(qu adrature effect)のみをもたらすその他の非直線性を示す。そ れが1の値を考えねばならないということに再び注目すると、誤差位相を1φm  l 、、、 =cos (ω。τ/2)δ。is approximately 1. This is because the integrated optical chip has a capacitance between the electrodes. Electricity that does not introduce large frequency-dependent effects until they become large at very high frequencies This is because it exhibits a wide bandwidth when using optical effects. As a result, due to δ, The support of this factor brought about in raising the limit to be met is eliminated. Furthermore , δ, are approximately zero, making it possible to use integrated optical chips of arbitrary size. There would be no mechanically induced second harmonic component difficulties in child The results show that the photoelastic effect in the object in such a chip is comparable to the electro-optic effect. This is because it is relatively small. Such an integrated optical chip suffers from the transverse axis effect (qu Other non-linearities that result in only a drature effect) are shown. So Paying attention again to the fact that the value of 1 must be considered, the error phase can be expressed as 1φm l,,,=cos(ω.τ/2)δ.

と書くことができる。It can be written as

しかし、τが、温度変化により膨張収縮するコイルlOの光ファイバのための温 度の関数であるから、COS (ω。τ/2)を零ヘセットすること、またはω 、/2をπ/2ヘセツトしようとすることには大きな困難がある。典型的には、 この温度依存性は (1/τ)dτ/dTミ10−5/℃ のオーダーである。ここにTはセ氏温度を表す。この温度依存性によりeos  (ω。However, τ is the temperature for the optical fiber of the coil lO, which expands and contracts due to temperature changes. Since it is a function of degree, setting COS (ω.τ/2) to zero or ω ,/2 to π/2 presents great difficulties. Typically, This temperature dependence is (1/τ)dτ/dTmi10-5/℃ This is the order. Here, T represents the temperature in degrees Celsius. Due to this temperature dependence, eos (ω.

τ/2)における対応する温度依存性をもたらす。それは、約π/2であるω。τ/2) yielding a corresponding temperature dependence. It is ω which is about π/2.

τ/2に対して、はぼ dcos(ω。π/2)/dT=(−π/2)10−5/℃であることを示すこ とができる。したがって、室温から60℃の最大変化に対してcos (ω。τ /2)は次の値だけ変化するであろう。For τ/2, Show that dcos(ω.π/2)/dT=(-π/2)10-5/℃. I can do it. Therefore, cos (ω.τ /2) will change by the following values:

1ΔCog((Ll、lτ/2)l=60Xπ/2XIO−5=IO−3したが って、Co5((+)、τ/2)は零の10−3にどれ程の接近を保つかを予測 できしたがって、変調発生器からの第1高調波成分に対する第2高調波成分の相 対的な振幅に対する要求は、位相変調器19が固有周波数において動作させられ る状況においては60dBだけ厳しくない。これは、光ファイバが周囲に巻かれ ているセラミック体、またはそのようなセラミック体および巻きを用いるコイル lO中の長い長さの光ファイバによるよりも、集積化された光学回路を用いるこ とによって達成される。他方、集積化された光学的チップと長い長さの光ファイ バの少なくとも一方を用いることの費用は、高品質の光ファイI(・ジャイロス コープを必要な費用で販売できるようにするためにそのようなジャイロスコープ を層下にする、または1時間当たり1度のほんの一部にするというように、大幅 に減少できる。集積化された光学的チップの状況においては、変調発生器20に より供給される第1高調波成分に対する第2高調波成分の振幅δ、に対する要求 は、1φ*1.、、が10−5より小さいという以前の状況におけるものより厳 しくはない。1ΔCog((Ll, lτ/2)l=60Xπ/2XIO-5=IO-3 but Therefore, predict how close Co5 ((+), τ/2) will remain to zero 10-3. Therefore, the phase of the second harmonic component with respect to the first harmonic component from the modulation generator is The requirement for relative amplitude is such that the phase modulator 19 is operated at its natural frequency. 60 dB is less severe in certain situations. This is an optical fiber wrapped around or a coil using such a ceramic body and windings. Using integrated optical circuits rather than long lengths of optical fiber in This is achieved by On the other hand, integrated optical chips and long lengths of optical fibers The cost of using at least one of the fiber optics I (Gyros) Such a gyroscope to be able to sell the coop at the required cost significantly lower, or to just a fraction of once per hour. can be reduced to In the context of an integrated optical chip, the modulation generator 20 The requirement for the amplitude δ of the second harmonic component relative to the first harmonic component supplied by is 1φ*1. , is less than 10-5 than in the previous situation. It's not right.

多くの状況においては、変調発生器20は位相変調器19を動作させるために正 弦波ではなくて方形波を供給する方が便利である。たとえば、図1の装置に示さ れているものとは異なるあるu1調法においては、その波形は非常に便利なこと がある。そのような方形波は、それが真の方形波であれば、偶数高調波を含まず 、従って位相変調器19を動作させる際に重要になりそうである高調波、第2高 調波、のみは存在しない。In many situations, modulation generator 20 will be required to operate phase modulator 19. It is more convenient to provide a square wave rather than a string wave. For example, as shown in the apparatus of Figure 1. In some u1 harmonics, which are different from those shown, the waveform is very convenient. There is. Such a square wave, if it is a true square wave, contains no even harmonics. , therefore, the harmonics and second harmonics that are likely to be important when operating the phase modulator 19 Only harmonics do not exist.

更に、はぼ容量性の負荷を駆動するために方形波を供給することは非常に困難で あり、とくに、より高い周波数においてはそうである。50%デユーティサイク ル以外のデユーティサイクルは大きな困難ではない。というのは、そのような非 対称的な矩形波は位相検出器により供給される直角信号を単に生じさせるからで ある。他方、矩形波または方形波の立上がり時間と立ち下がり時間が等しくない とすると、第2高調波成分が発生されてオフセット位相誤差を生じさせることに なる。発生器20からの結果としての第2高調波成分δ、のそれからの基本成分 に対する制限は、そのための上記式に示されているような許容された光ファイバ ・ジャイロスコープ位相誤差制限に関連されたままであり、はぼδ、=(立上が り時間−立上がり時間)/τに関連づけられることを示すことができる。コイル 10の長さを1.Ok閣と選択したとすると、τは約5μsである。δ、が要求 δ、≦10−5を再び満たさなければならないとすると、波の立上がり時間と立 上がり時間の差は0.05nsを超えない。Furthermore, it is very difficult to provide a square wave to drive a capacitive load. Yes, especially at higher frequencies. 50% duty cycle Duty cycles other than 1 are not a major difficulty. Because such non- This is because a symmetrical square wave simply gives rise to a quadrature signal which is supplied by the phase detector. be. On the other hand, the rise and fall times of a square or square wave are not equal. Then, the second harmonic component is generated and causes an offset phase error. Become. the fundamental component of the resulting second harmonic component δ from the generator 20; The limits for the allowed optical fibers are as shown in the above formula for ・Remains related to the gyroscope phase error limit, where δ, = (rise can be shown to be related to (rise time−rise time)/τ. coil The length of 10 is 1. If OK is selected, τ is approximately 5 μs. δ, is required If we have to satisfy δ, ≦10-5 again, then the wave rise time and The difference in rise time does not exceed 0.05 ns.

以上、本発明を好適な実施例について説明したが、発明の要旨および範囲を逸脱 することなしに、態様および!Y細に対して揮々の変更を行えることが当業名は 分かるであろう。Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, it is possible to deviate from the gist and scope of the invention. Without doing, aspect and! Those skilled in the art are able to make drastic changes to the details. You'll understand.

国際調査報告 orT/IK cnznn7,7フロントページの続き (72)発明者 オーガスト、リチャード・ジエイアメリカ合衆国 85254  アリシナ州・スコツツブイル・ノース 56テイエイチ ブレイス・1261 2 (72)発明者 ディマント、ケヴイン・ビイアメリカ合衆国 85020 ア リシナ州・フィーエックス・ノース ドリーミー ドロウ ドライブ ナンバー 129・7557(72)発明者 エイング、ディック アメリカ合衆国 85302 アリシナ州・グレンディル・ウェスト エル カ ミニド・(72)発明者 ブレイク、ジェイムズ・エヌアメリカ合衆国 850 32 アリシナ州・フィーエックス・イースト フリース ドライブ・4416 (72)発明者 フェス、ジョン・アールアメリカ合衆国 85023 アリシ ナ州・フィーエックス・ノース 6テイエイチアヴエニユ・15811International search report orT/IK cnznn7,7 front page continuation (72) Inventor: August, Richard Gei United States of America 85254 Arishina, Scotsbuil North, 56 T.H. Brace 1261 2 (72) Inventor Dimant, Kevin Bee United States of America 85020A Rishina State/Fex North Dreamy Drow Drive Number 129.7557 (72) Inventor Aing, Dick Elka, Grendill West, Alisina, 85302, United States of America Minido (72) Inventor Blake, James N. United States 850 32 Alisina FEX East Fleece Drive 4416 (72) Inventor: Fess, John Earle United States of America 85023 Alishi NA・FEX NORTH 6TH AVENUE 15811

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1.コイル状に巻かれた光ファイバ(10)中を互いに逆向きに伝わって、特定 された最大回転速度オフヤット誤差に関達させられた実効最大オフセット誤差を 有する位相関係で光検出器(13)へ入射する電磁波を基にして、コイル状に巻 かれた光ファイバ(10)の軸線(紙面に垂直なコイル軸線)を中心とする回転 を検出する回転センサ(図1)において、入力端子を有し、前記光検出器(13 )までの光路上で前記コイル状に巻かれた前記光ファイバ(10)へ到達し、ま たはそれから出る電磁波がたどる光路部分中の選択された光路部分中に配置させ られるバイアス光学的位相変調器手段(19)であって、前記コイル状に巻かれ た前記光ファイバ(10)中を互いに逆向きに伝わる電磁波に変化する位相差を 与えるように、そのバイアス光学的位相変調器手段(19)を通り、前記光路に 沿って伝わる電磁波を入力端子における対応する電気信号に応答して、位相変調 でき、前記対応する電気信号は、第1の周波数でほぼ周期的であるならば、前記 第1の周波数の2倍の周波数で変化する位相に、前記変化する位相が前記第1の 周波数において有するその振幅の第1の部分である振幅を持たせたバイアス光学 的位相変調器と、このバイアス光学的位相変調器手段の入力端子へ電気的に接続 される出力端子を有し、選択された基本周波数および選択された振幅の基本成分 を持ち、かつ前記基本周波数の2倍の周波数で、前記基本成分の振幅の第2の部 分である帳幅の高周波成分を存するほぼ周期的な電気的出力信号を前記出力端子 へ供給できる位相変調発生器手段(20)と、前記光検出器(13)へ電気的に 接続されて、それへ入射する電磁波対の間に生ずる任意の位相差を表す出力をそ れから受ける検出入力端子と、出力端子とを有し、前記検出入力端子に前記基本 周波数を基にして生ずる信号の成分の振幅を表す信号を前記出力端子に出現させ ることができる信号成分選択手段(14、21、22)であって、その前記基本 周波数を基にして前記検出入力端子に生ずる信号の成分の振幅を表す信号をその 前記出力端子に出現させ、前記バイアス光学的位相変調器手段(19)は、前記 位相変調発生器手段(20)の出力信号をその前記出力端子へ供給する前記位相 変調発生器手段に応答して前記コイル状に巻かれた前記光ファイバ(10)中を 互いに逆向きに伝わる基本位相差振幅の電磁波の間の、前記基本周波数における 変化する位相差を供給し、前記第1の部分と前記第2の部分は、前記実効最大オ フセット誤差と前記基本位相差振幅との比よりも低い値である信号成分選択手段 (14、21、22)と、を有する回転センサ。 2.請求の範囲1記載の回転センサであって、前記第2の部分のために必要な値 は前記位相変調発生器手段(20)内のフィルタ手段により達成され、そのフィ ルタ手段を通って前記位相変調発生器手段の出力信号が供給され、前記フィルタ 手段はそれを介して供給され、かつ前記基本周波数の2倍の周波数における周波 数成分の振幅を選択された減衰率だけ、それを介して供給される、前記基本周波 数の信号成分の振幅以下に減少できる回転センサ。 3.請求の範囲1記載の回転センサであって、前記第1の部分のために必要とさ れる値は前記バイアス光学的位相変調器手段により達成され、そのバイアス光学 的位相変調器手段は入力端子と、この入力端子へ供給される電気信号に応答して 長さを変えることができる周縁部を持つ回転面とを有する圧電物質構造手段(3 0)と、光路中に挿入でき、かつ前記回転面に巻かれるコイルを形成するある長 さの光ファイバ(40)と、圧縮できるが、圧縮に対する抵抗が圧縮の十分な増 大と共に大幅に増加するように、圧縮に抵抗する一対のインタフェース層(33 、35)と、それの内部の前記一対のインタフェース層(33、35)の間に圧 電物質構造手段(30)が装着されるような固定手段(32、36、37)とを 備える回転センサ。 4.請求の範囲1記載の回転センサであって、前記位相変調発生器手段(20) の出力信号は矩形波形に近似し、前記第2の部分は、前記立上がり時間と前記立 下がり時間の間に起きる差を、電磁波が前記バイアス光学的位相変調器手段(1 9)からコイル状に巻かれた前記光ファイバ(10)を通って、そのコイル状に 巻かれた前記光ァイバ(10)の反対側の、それの間の光路中の対称点まで伝播 するために要する時間の長さで除したものにほぼ等しい回転センサ。 5.請求の範囲1記載の回転ヤンサであって、前記信号成分選択手段(14、2 1、22)は、前記出力信号を前記位相変調発生器手段(20)から受けるため にそれの出力端子へ電気的に接続される復調入力端子を有し、前記信号成分選択 手段(14、21、22)は前記復調入力端子に供給され、選択された復調周波 数の十分な復調信号成分を有する信号を使用できて、前記復調周波数を基にして 、それの前記入力端子に生ずる信号の振幅を表す信号を、それの前記出力端子に 出現させる回転ヤンサ。 6.コイル状に巻かれた光ファイバ(10)中を互いに逆向きに伝わって、特定 された最大回転速度オフセット誤差に関連させられた実効最大オフセット誤差を 有する位相関係で光検出器(13)へ入射する電磁波を基にして、コイル状に巻 かれた光ファイバ(10)の軸線(紙面に垂直なコイル軸線)を中心とする回転 を検出できる回転センサ(図1)であって、入力端子を存し、前記光検出器(1 3)までの光路上で前記コイル状に巻かれた前記光ファイバ(10)へ到達し、 またはそれから出る電磁波がたどる光路部分中の選択された光路部分中に配置さ せられるバイアス光学的位相変調器手段(19)であって、前記コイル状に巻か れた前記光ファイバ(10)中を互いに逆向きに伝わる電磁波に変化する位相差 を与えるように、そのバイアス光学的位相変調器手段(19)を通り、前記光路 に沿って伝わる電磁波を入力端子における対応する電気信号に応答して、位相変 調でき、前記対応する電気信号は、第1の周波数でほぼ周期的であるならば、前 記第1の周波数の2倍の周波数で変化する位相に、前記変化する位相が前記第1 の周波数において有するその振幅の第1の部分である振幅を持たせたバイアス光 学的位相変調器と、このバイアス光学的位相変調器手段の入力端子へ電気的に接 続される出力端子を有し、選択された基本周波数および選択された振幅の基本成 分を持ち、かつ前記基本周波数の2倍の周波数で、前記基本成分の振幅の第2の 部分である振幅の高周波成分を有するほぼ周期的な電気的出力信号を前記出力端 子へ供給できる位相変調発生器手段(20)と、前記光検出器(13)へ電気的 に接続されて、それへ入射する電磁波対の間に生ずる任意の位相差を表す出力を それから受ける検出入力端子と、出力端子とを有し、かつ、前記検出入力端子に 前記基本周波数を基にして生ずる信号の成分の振幅を表す信号を前記出力端子に 出現させることができる信号成分選択手段(14、21、22)であって、前記 基本周波数を基にして前記検出入力端子に生ずる信号の成分の振幅を表す信号を その前記出力端子に出現させ、前記バイアス光学的位相変調器手段(19)は、 前記位相変調発生器手段(20)の出力信号をその前記出力端子へ供給する前記 位相変調発生器手段に応答して前記コイル状に巻かれた前記光ファイバ(10) 中を互いに逆向きに伝わる基本位相差振幅の電磁波の間の、前記基本周波数にお ける変化する位相差を供給し、前記バイアス光学的位相変調器手段(19)およ び前記位相変調発生器手段(20)は、前記第1の部分と前記第2の部分の少な くとも一方に乘じてそれとの積を形成する重みづけ係数を供給し、前記第1の部 分と前記第2の部分のうちの残りの1つと、前記積との値が前記実効最大オフセ ット誤差と前記基本位相差振幅との比より小さく、前記積の形成に用いられる前 記第1の部分と前記第2の部分の1つが前記出力比より大きいようにする信号成 分選択手段(14、21、22)と、を有する回転センサ。 7.請求の範囲6記載の回転センサであって、前記第1の部分と前記第2の部分 の両方は、前記重みづけ係数を乘ずることにより対応する第1の部分と対応する 第2の部分を形成し、前記第1の積と前記第2の積の両方の値は前記出力比より 小さく、前記第1の部分と前記第2の部分の両方は前記出力比より大きい回転セ ンサ。 8.請求の範囲6記載の回転センサであって、前記重みづけ係数は応答比を基に し、前記バイアス光学的位相変調器手段(19)は、前記位相変調発生器手段( 20)の前記出力端子へ前記位相変調発生器手段出力信号を供給する前記位相変 調発生器手段に応答して、前記コイル状に巻かれた前記光ファイバ(10)中を 伝わる基本位相差振幅の電磁波中の碁木周波数における変化する位相を供給し、 前記位相変調発生器手段(20)の前記出力端子へ前記基本周波数の2倍の周液 数の周期信号を供給する前記位相変調発生器手段に応答して、前記コイル状に巻 かれた前記光ファイバ(10)中を伝わる高周波位相振幅の電磁波中の前記基本 周波数の2倍の周波数における変化する位相を更に供給し、前記周答比は前記高 周波位相振幅と基本周波数振幅との比に等しい回転センサ。 9.請求の範囲6記載の回転センサであって、前記信号成分選択手段(14、2 1、22)は前記位相変調発生器手段(20)から前記出力信号を受けるために その位相変調発生器手段へ電気的に接続される復調入力端子を有し、前記信号成 分選択手段(14、21、22)は、それの前記復調入力端子へ供給された、選 択された復調周波数の十分な復調信号成分を有する信号を用いて、それの前記検 出入力端子に生ずる成分の振幅を表す信号を、前記復調周波数に応答してそれの 前記出力端子に出現させることができる回転センサ。 10.請求の範囲7記載の回転センサであって、前記重みづけ係数は(ω■τ/ 2)を基にしており、ここにω■は前記基本周波数であって、選択された温度範 囲にわたってπ/τを中心とする選択された範囲内に保たれ、τは、電磁波が前 記光学的位相変調器手段(19)から前記コイル状に巻かれた前記光ファイバ( 10)を通って、そのコイル状に巻かれた前記光ファイバ(10)の反対側の、 それの問の光路中の対称的な点まで伝播するために要する時間である回転センサ 。 11.請求の範囲7記載の回転センサであって、前記重みづけ係数は〔J1(φ )−J,(φ)〕を基にしており、ここにφは前記基本位相差振幅であって、選 択された温度範囲にわたって3.05を中心とする選択された範囲内に保たれる 同転ヤンサ。 12.請求の範囲8記載の回転センサであって、前記応答比に対する値は、前記 バイアス光学的位相変調器手段によりヤットされ、そのバイアス光学的位相変調 器手段は入力端子と、この入力端子へ供給される電気信号に応答して長さを変え ることができる周縁部を持つ回転面とを有する圧電物質構造手段(30)と、光 路中に挿入でき、かつ前記回転面に巻かれるコイルを形成するある長さの光ファ イバ(40)と、圧縮できるが、圧縮に対する抵抗が圧縮の十分な増大と共に大 幅に増加するように、圧縮に抵抗する一対のインタフェース層(33、35)と 、それの内部の前記一対のインタフェース層(33、35)の間に圧電物質構造 手段(30)が装着されるような固定手段(32、36、37)とを備える回転 センサ。 13.請求の範囲10記載の回転センサであって、前記位相変調発生器手段(2 0)の出力信号は矩形波形に近似し、前記第2の部分は、前記立上がり時間と前 置立下がり時間の問に起きる差を、電磁波が前記バイアス光学的位相変調器手段 (19)からコイル状に巻かれた前記光ファイバ(10)を通って、そのコイル 状に巻かれた前記光ファイバ(10)の反対側の、それの間の光路中の対称点ま で伝播するために要する時間の長さで除したものにほぼ等しい回転ヤンサ。 14.光路中に位置させるため、およびそれを通って、その光路に沿って伝播す る電磁波を位相変調できるバイアス光学的位相変調器(図2A、図2B)であっ て、 入力端子と、この入力端子へ供給される電気信号に応答して長さを変えることが できる周縁部を待つ回転面とを有する圧電物質構造手段(30)と、 光路中に挿入でき、かつ前記回転面に巻かれるコイルを形成するある長さの光フ ァイバ(40)と、 圧縮できるが、圧縮に対する抵抗が圧縮の十分な増大と共に大幅に増加するよう に、圧縮に抵抗する一対のインタフェース層(33、35)と、その内部の前記 一対のインタフェース層(33、35)の間に圧電物質構造手段(30)が装着 されるような固定手段(32、36、37)と、を備えるバイアス光学的位相変 調器。 15.請求の範囲14記載のバイアス光学的位相変調器であって、前記一対のイ ンクフェース層(33、35)は柔らかい発泡材でおのおの形成されるバイアス 光学的位相変調器。 16.請求の範囲14記載のバイアス光学的位相変調器であって、前記圧電物質 構造手段(30)は層構造として構成され、圧縮できるが、圧縮に対する抵抗が 圧縮の十分な増大と共に大幅に増加するように、圧縮に抵抗する非直線スチフネ スを持つ心出し環(84)を更に備え、この心出し環(34)は、頑丈な配置コ アの周囲の前記圧電物質環構造手段(30)の内部に位置させられるバイアス光 学的位相変調器。 17.請求の範囲14記載のバイアス光学的位相変調器であって、前記ある長さ の光ファイバ(40)は簿くて、付着性のある外被を周囲に有するバイアス光学 的位相変調器。 18.請求の範囲14記載のバイアス光学的位相変調器であって、前記ある長さ の光ファイバ(40)はそれ自体と、前記圧電物質環構造手段(30)とへ接合 されるバイアス光学的位相変調器。 19.請求の範囲14記載のバイアス光学的位相変調器であって、位相変調発生 器手段は、前記バイアス光学的位相変調器手段の入力端子に近い部分における可 撓性線(38、39)である相互接続で、前記バイアス光学的位相変調器手段へ 電気的に接続される出力端子を有するバイアス光学的位相変調器。 20.請求の範囲15記載のバイアス光学的位相変調器であって、前記発泡材は 開放セル泡であるバイアス光学的位相変調器。 21.請求の範囲16記載のバイアス光学的位相変調器であって、前記心出し環 (34)は柔らかい発泡材でおのおの形成されるバイアス光学的位相変調器。 22.請求の範囲18記載のバイアス光学的位相変調器であって、前記ある長さ の光ファイバ(40)はそれの周囲に、硬化していない接合剤を付着されている 前記圧電物質構造手段(30)を巻くことにより接合され、その接合剤はそのよ うに巻かれた後で硬化するバイアス光学的位相変調器。 23.請求の範囲18記載のバイアス光学的位相変調器であって、前記ある長さ の尤ファイバ(40)は前記圧電物質構造手段(30)の周囲に巻かれているほ ぼ整数の巻き回数を有するバイアス光学的位相変調器。 24.請求の範囲21記載のバイアス光学的位相変調器であって、前記発泡材は 開放セル泡であるバイアス光学的位相変調器。 [Claims] 1. They are propagated in opposite directions through a coiled optical fiber (10) to a photodetector (13) in a phase relationship with an effective maximum offset error related to the determined maximum rotational speed off-yet error. A rotation sensor (Fig. 1) that detects rotation about the axis of a coiled optical fiber (10) (coil axis perpendicular to the page) based on incident electromagnetic waves has an input terminal. , reaches the optical fiber (10) wound into a coil on the optical path up to the photodetector (13), and or biased optical phase modulator means (19) arranged in selected optical path sections followed by electromagnetic waves emanating from said coiled optical fiber (10); biasing the electromagnetic waves traveling along said optical path through optical phase modulator means (19) so as to impart a varying phase difference to the electromagnetic waves traveling in opposite directions, in response to corresponding electrical signals at the input terminals; Phase modulation is possible, and if the corresponding electrical signal is approximately periodic at a first frequency, then the varying phase changes at a frequency twice that of the first frequency. a biased optical phase modulator having an amplitude that is a first portion of its amplitude at the biased optical phase modulator means, and an output terminal electrically connected to an input terminal of the biased optical phase modulator means; a second part of the amplitude of the fundamental component with a fundamental frequency and a fundamental component of the selected amplitude, and at a frequency twice the fundamental frequency; phase modulation generator means (20) capable of supplying to said output terminal a substantially periodic electrical output signal having a high frequency component with a range of about 100 Hz, and electrically connected to said photodetector (13); The output representing the arbitrary phase difference that occurs between a pair of electromagnetic waves incident on it. and a detection input terminal for receiving signals from the detection input terminal, and an output terminal for causing a signal representing an amplitude of a component of a signal generated based on the fundamental frequency to appear at the output terminal. a signal component selection means (14, 21, 22) capable of causing a signal representing the amplitude of a component of a signal occurring at the detection input terminal to appear at the output terminal based on the fundamental frequency thereof; Said biasing optical phase modulator means (19) is adapted to be coiled in response to said phase modulation generator means (20) providing an output signal of said phase modulation generator means (20) to said output terminal thereof. providing a varying phase difference at said fundamental frequency between electromagnetic waves of fundamental phase difference amplitude propagating in opposite directions in said optical fiber (10), said first part and said second part maximum o A rotation sensor comprising signal component selection means (14, 21, 22) whose value is lower than the ratio of the offset error to the basic phase difference amplitude. 2. Rotation sensor according to claim 1, wherein the required value for the second part is achieved by filter means in the phase modulation generator means (20), the output signal of said phase modulation generator means is supplied through a filter means, and said filter means is supplied with a frequency at a frequency twice said fundamental frequency; The amplitude of several components is fed through a selected attenuation factor, said fundamental frequency. A rotation sensor that can reduce the amplitude of a number of signal components below. 3. The rotation sensor according to claim 1, wherein the rotation sensor is required for the first part. The value of the biased optical phase modulator means is achieved by said biased optical phase modulator means having an input terminal and a peripheral portion whose length is variable in response to an electrical signal applied to said input terminal. a piezoelectric material structure means (30) having a surface of revolution with a shape, a length of optical fiber (40) insertable into the optical path and forming a coil wound around said surface of revolution; resistance to compression increases sufficiently The pressure between the pair of compression-resisting interface layers (33, 35) and said pair of interface layers (33, 35) inside thereof increases significantly with increasing pressure. A rotation sensor comprising fixing means (32, 36, 37) to which an electrical material structure means (30) is mounted. 4. Rotation sensor according to claim 1, wherein the output signal of said phase modulation generator means (20) approximates a rectangular waveform, said second portion occurring between said rise time and said fall time. the electromagnetic wave is biased from the optical phase modulator means (19) through the coiled optical fiber (10) to the opposite side of the coiled optical fiber (10). of the rotation sensor divided by the length of time required to propagate to the point of symmetry in the optical path between them. 5. 2. A rotary jancer as claimed in claim 1, wherein said signal component selection means (14, 21, 22) is configured to electrically connect said signal component selection means (14, 21, 22) to its output terminal for receiving said output signal from said phase modulation generator means (20). the signal component selection means (14, 21, 22) is supplied with the demodulation input terminal and selects a selected demodulation frequency; A rotary jancer capable of using a signal having a sufficient number of demodulated signal components to cause a signal to appear at its output terminal, based on the demodulation frequency, representing the amplitude of the signal occurring at its input terminal. 6. are propagated in opposite directions through a coiled optical fiber (10) and incident on a photodetector (13) in a phase relationship with an effective maximum offset error related to the determined maximum rotational speed offset error. This is a rotation sensor (Fig. 1) that can detect the rotation of a coiled optical fiber (10) about its axis (coil axis perpendicular to the page) based on electromagnetic waves generated by the sensor. and placed in a selected optical path portion of the optical path portion followed by electromagnetic waves that reach or exit the coiled optical fiber (10) on the optical path up to the photodetector (13). difference biased optical phase modulator means (19), wherein the biased optical phase modulator means (19) The electromagnetic waves propagating along said optical path are passed through bias optical phase modulator means (19) so as to give a varying phase difference to the electromagnetic waves propagating in opposite directions in said optical fiber (10). phase shift in response to a corresponding electrical signal at and the corresponding electrical signal is substantially periodic at a first frequency. Bias light whose phase changes at a frequency twice the first frequency has an amplitude that is a first portion of the amplitude that the changing phase has at the first frequency. an optical phase modulator and an electrical connection to the input terminal of the bias optical phase modulator means; has an output terminal connected to the fundamental component of the selected fundamental frequency and the selected amplitude. a substantially periodic electrical output signal having a frequency of twice the fundamental frequency and having a high frequency component with an amplitude that is a second fraction of the amplitude of the fundamental component. detection means (20) electrically connected to said photodetector (13) and receiving therefrom an output representative of any phase difference occurring between a pair of electromagnetic waves incident thereon; a signal component selection means (14) having an input terminal and an output terminal and capable of causing a signal representing the amplitude of a component of a signal generated based on the fundamental frequency to appear at the output terminal; , 21, 22), wherein a signal representing the amplitude of a component of a signal occurring at the detection input terminal based on the fundamental frequency appears at its output terminal, and the biasing optical phase modulator means (19) said optical fibers (10) wound in a coil in response to said phase modulation generator means (20) for supplying an output signal of said phase modulation generator means (20) to said output terminal thereof; At the fundamental frequency between the electromagnetic waves with the fundamental phase difference amplitude transmitted to biasing said optical phase modulator means (19); and said phase modulation generator means (20) comprises a small portion of said first part and said second part. providing weighting coefficients forming a product over at least one of the first parts; , the remaining one of the second portion, and the product of the effective maximum offset. smaller than the ratio between the cut error and the fundamental phase difference amplitude, and before being used to form the product. one of the first portion and the second portion is greater than the output ratio; minute selection means (14, 21, 22). 7. 7. The rotation sensor according to claim 6, wherein both the first portion and the second portion have a second portion that corresponds to the corresponding first portion by crossing the weighting coefficient. the first product and the second product both have values less than the power ratio, and both the first portion and the second portion have a rotational speed greater than the power ratio. Nsa. 8. 7. The rotation sensor according to claim 6, wherein the weighting coefficient is based on a response ratio. and said bias optical phase modulator means (19) is configured to provide said phase modulation generator means output signal to said output terminal of said phase modulation generator means (20). responsive to modulation generator means for providing a varying phase at a grid frequency in an electromagnetic wave of fundamental phase difference amplitude traveling in said coiled optical fiber (10); (20) in response to said phase modulation generator means supplying a periodic signal with a frequency twice the fundamental frequency to said output terminal of said coiled optical fiber (10). further providing a varying phase at a frequency twice said fundamental frequency in a propagating high frequency phase amplitude electromagnetic wave, said frequency ratio being equal to said high frequency phase amplitude; Rotation sensor equal to the ratio of the frequency phase amplitude to the fundamental frequency amplitude. 9. 7. Rotation sensor according to claim 6, wherein said signal component selection means (14, 21, 22) are adapted to receive said output signal from said phase modulation generator means (20) to said phase modulation generator means (20). a demodulation input terminal electrically connected to the signal generator; The minute selection means (14, 21, 22) are provided with a selection signal supplied to said demodulation input terminal thereof. Using a signal having sufficient demodulated signal components at the selected demodulating frequency, A rotation sensor capable of causing a signal representative of the amplitude of a component occurring at an input/output terminal to appear at its output terminal in response to the demodulation frequency. 10. 8. The rotation sensor according to claim 7, wherein the weighting factor is based on (ω■τ/2), where ω■ is the fundamental frequency and the selected temperature range is is kept within a selected range centered at π/τ over the from the optical phase modulator means (19) through the coiled optical fiber (10) to the opposite side of the coiled optical fiber (10); The rotation sensor is the time required to propagate to a symmetrical point in the optical path. 11. 8. The rotation sensor according to claim 7, wherein the weighting coefficient is based on [J1(φ)−J,(φ)], where φ is the basic phase difference amplitude and the selected The rotary yancer is maintained within a selected range centered at 3.05 over a selected temperature range. 12. 9. A rotation sensor according to claim 8, wherein the value for the response ratio is determined by the bias optical phase modulator means, the bias optical phase modulator means having an input terminal and a bias optical phase modulator means provided to the input terminal. changes length in response to an electrical signal a piezoelectric material structure means (30) having a surface of rotation with a peripheral edge capable of a length of optical fiber that can be inserted into the path and forms a coil that is wound around the rotating surface; (40) can be compressed, but the resistance to compression increases with sufficient increase in compression. A piezoelectric material structure means (30) is mounted between a pair of compression-resisting interface layers (33, 35) and inside said pair of interface layers (33, 35) so as to increase in width. A rotation sensor comprising fixing means (32, 36, 37) such as: 13. 11. Rotation sensor according to claim 10, wherein the output signal of the phase modulation generator means (20) approximates a rectangular waveform, and the second portion is characterized by a difference between the rise time and the pre-fall time. The electromagnetic wave is passed from the bias optical phase modulator means (19) through the coiled optical fiber (10) to the opposite side of the coiled optical fiber (10). side, to a point of symmetry in the optical path between them. The rotational flux is approximately equal to the length of time it takes to propagate. 14. to be located in the optical path, through it, and to propagate along that optical path. A biased optical phase modulator (FIGS. 2A and 2B) capable of phase modulating electromagnetic waves generated by the oscilloscope, which includes an input terminal and a peripheral portion whose length can be changed in response to an electrical signal applied to the input terminal. a piezoelectric structure means (30) having a rotating surface and a length of optical fiber insertable into the optical path and forming a coil wound around said rotating surface; a fiber (40), a pair of interface layers (33, 35) capable of compression but resistant to compression such that the resistance to compression increases significantly with a sufficient increase in compression; and fixing means (32, 36, 37) between which the piezoelectric material structure means (30) are mounted. Preparation equipment. 15. 15. The bias optical phase modulator according to claim 14, wherein the pair of optical phase modulators The optical phase modulators (33, 35) are each formed of a soft foam material. 16. Biased optical phase modulator according to claim 14, characterized in that the piezoelectric material structure means (30) are configured as a layered structure and are compressible, such that the resistance to compression increases significantly with a sufficient increase in compression. , a non-linear stiffness that resists compression further comprising a centering ring (84) having a centering ring (34), the centering ring (34) having a rigid A bias light positioned inside said piezoelectric ring structure means (30) around a. logical phase modulator. 17. 15. A bias optical phase modulator as claimed in claim 14, wherein said length of optical fiber (40) has a thin, adhesive jacket around its periphery. 18. 15. A bias optical phase modulator according to claim 14, wherein said length of optical fiber (40) is spliced to itself and said piezoelectric ring structure means (30). vessel. 19. 15. A bias optical phase modulator according to claim 14, wherein the phase modulation generator means comprises a reciprocal wire which is a flexible wire (38, 39) in a portion proximate to the input terminal of said bias optical phase modulator means. a bias optical phase modulator having an output terminal electrically connected to said bias optical phase modulator means in connection; 20. 16. The bias optical phase modulator of claim 15, wherein the foam is an open cell foam. 21. 17. A bias optical phase modulator according to claim 16, wherein said centering rings (34) are each formed of soft foam. 22. 19. Biased optical phase modulator according to claim 18, characterized in that said length of optical fiber (40) has an uncured adhesive deposited around said length of said piezoelectric material structure means (30). ), and the bonding agent is A biased optical phase modulator that is rolled and then cured. 23. 19. A biased optical phase modulator according to claim 18, wherein said length of biased fiber (40) is wound around said piezoelectric material structure means (30). A biased optical phase modulator with an approximately integer number of turns. 24. 22. The bias optical phase modulator of claim 21, wherein the foam is an open cell foam.
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